Ein Widerlager ist das Endauflagerbauwerk einer Brücke. Es nimmt die Auflagerkräfte aus dem Überbau auf, leitet sie in den Baugrund ein und bildet gleichzeitig den Übergang von der Dammschüttung zum Bauwerk. Damit erfüllt es zwei Aufgaben zugleich: Auflager für Lager und Übergangskonstruktion sowie Stützkonstruktion gegen den Erddruck der Hinterfüllung. Nachgewiesen wird das Widerlager als geotechnisches Bauwerk nach DIN EN 1997-1 mit nationalem Anhang und DIN 1054. Bei Boden-Stahl-Verbundbauwerken kann ein eigenständiges Widerlager vollständig entfallen.
Aufgaben des Widerlagers im Tragsystem
Das Widerlager schließt das Tragsystem der Brücke an das Erdbauwerk an. Es überträgt die vertikalen Auflagerkräfte aus Eigengewicht und Verkehr, nimmt Horizontalkräfte aus Bremsen, Anfahren, Wind und Temperatur auf und hält den Erddruck aus der Hinterfüllung zurück. Zusätzlich führt es die Bewegungen des Überbaus: Lager und Fahrbahnübergang müssen Längsdehnungen aus Temperatur, Kriechen und Schwinden aufnehmen, ohne dass sich Zwang aufbaut.
Der Übergangsbereich zwischen Damm und Bauwerk ist der planerisch anspruchsvollste Teil. Unterschiedliche Steifigkeiten führen bei mangelhafter Ausführung zu Setzungsunterschieden, dem sogenannten Sprung am Bauwerksende, sowie zu Rissen in Übergangskonstruktion und Fahrbahn. Deshalb sind Hinterfüllmaterial, Verdichtung nach ZTV E-StB, Sickerschicht und Rückwandentwässerung ebenso Teil des Entwurfs wie die Bemessung des Betonquerschnitts. Schleppplatten, Übergangskeile aus verbessertem Material und eine kontrollierte Wasserführung auf der Auflagerbank verringern die Verformungsunterschiede zusätzlich und halten den Unterhaltungsaufwand am Fahrbahnübergang gering.
Bauteile eines konventionellen Widerlagers
Ein konventionelles Widerlager besteht aus Gründung, aufgehender Wand und den anschließenden Bauteilen für Lagerung, Kammer und Böschungssicherung. Die Aufteilung ist bei Massivbauwerken und Fertigteillösungen vergleichbar, unterscheidet sich aber in Fugenausbildung und Bauablauf.
| Bauteil | Aufgabe |
|---|---|
| Gründung als Flach- oder Pfahlgründung | Lastabtrag in den tragfähigen Baugrund, Aufnahme von Sohlspannungen und Horizontalkräften |
| Widerlagerwand | Abtrag der Auflagerkräfte, Aufnahme des Erddrucks aus der Hinterfüllung |
| Auflagerbank mit Lagersockeln | Aufstandsfläche der Brückenlager, Ableitung der Auflagerkräfte, kontrollierte Wasserführung |
| Kammerwand | Abschluss zum Überbau, Aufnahme der Übergangskonstruktion, Trennung von Kammer und Fahrbahn |
| Flügelwände | Sicherung der seitlichen Böschung, Führung des Erdkörpers, Anschluss an das Dammprofil |
| Hinterfüllung mit Sickerschicht | Verdichteter Übergang Damm zu Bauwerk, Abführen von Sickerwasser, Begrenzung des Erddrucks |
Integrale, konventionelle und entfallende Widerlager
Beim konventionellen Widerlager ist der Überbau über Lager beweglich angeschlossen; Lager und Fahrbahnübergang sind Verschleißteile und bestimmen den Unterhaltungsaufwand mit. Beim integralen Widerlager sind Überbau und Widerlager monolithisch verbunden. Lager und Übergangskonstruktion entfallen, dafür werden Zwangskräfte aus Temperatur und Erddruck in das Bauwerk eingeleitet und die Wechselwirkung mit dem Boden hinter der Wand wird bemessungsrelevant. Integrale Bauweisen reduzieren wartungsintensive Bauteile, verlangen aber eine sorgfältige Modellierung der Boden-Bauwerk-Interaktion und eine Begrenzung der Bauwerkslänge.
Bei Boden-Stahl-Verbundbauwerken entfällt das Widerlager als eigenes Bauteil. Das flexible Stahlprofil und die verdichtete Umhüllung tragen gemeinsam; die Lasten werden über den Ringschluss und die Bettung in den umgebenden Boden abgegeben, nicht über zwei getrennte Endauflager. Damit entfallen Lager, Übergangskonstruktion und der klassische Damm-Bauwerks-Sprung, während Verdichtung und Kornaufbau der Umhüllung an ihre Stelle treten.
Nachweise nach DIN EN 1997-1
Ein Widerlager wird sowohl als Bauteil als auch als geotechnisches System nachgewiesen. Neben der Bemessung des Stahlbetonquerschnitts sind die Grenzzustände des Systems aus Wand, Gründung und Erdkörper zu untersuchen, für den Endzustand ebenso wie für Bau- und Hinterfüllzustände:
- Lagesicherheit und Kippen des Widerlagers
- Gleiten in der Sohlfläche und Grundbruch der Gründung
- Gesamtstandsicherheit und Geländebruch des Damms einschließlich der Böschungen
- Bauteilnachweise für Wand, Auflagerbank, Kammerwand und Flügel
- Gebrauchstauglichkeit mit Setzungen, Verdrehungen und Verschiebungen der Lagerachsen
Der anzusetzende Erddruck hängt von der Verformbarkeit des Systems ab: Bei nachgiebigen Wänden darf der aktive Erddruck angesetzt werden, bei unverschieblichen oder integralen Konstruktionen sind erhöhter aktiver Erddruck oder Erdruhedruck maßgebend. Bei integralen Widerlagern ist zusätzlich der zyklische Erddruckaufbau aus den jahreszeitlichen Längenänderungen des Überbaus zu berücksichtigen, der zu einer allmählichen Verdichtung und Erddruckerhöhung im wandnahen Bereich führen kann.
Verwandte ViaCon-Lösungen
Welche Bauwerksarten mit welchen Auflagerkonzepten möglich sind, zeigt die Übersicht der Brücken- und Durchlasslösungen von ViaCon. Für kurze Stützweiten mit klassischen Endauflagern bietet sich das Rahmensystem Con/Span aus Betonfertigteilen an, für größere Spannweiten die ViaCon Betonfertigteil-Brücken. Vertiefend dazu die Glossareinträge zum Brückenbau, zur Eisenbahnbrücke, zur bewehrten Erde und zur Stützmauer.
Häufige Fragen zu Widerlagern
Worin unterscheiden sich integrale und konventionelle Widerlager?
Konventionelle Widerlager nehmen den Überbau über Lager auf und lassen Längsbewegungen über eine Übergangskonstruktion zu. Integrale Widerlager sind monolithisch mit dem Überbau verbunden, wodurch Lager und Fahrbahnübergang entfallen. Der Preis dafür sind Zwangskräfte aus Temperatur und eine intensivere Betrachtung der Boden-Bauwerk-Interaktion, weshalb die Bauwerkslänge bei integralen Systemen begrenzt wird.
Welche Nachweise sind für ein Brückenwiderlager zu führen?
Erforderlich sind die geotechnischen Nachweise nach DIN EN 1997-1 und DIN 1054 gegen Kippen, Gleiten, Grundbruch und Geländebruch, ergänzt um den Nachweis der Gesamtstandsicherheit des Dammes. Hinzu kommen die Bauteilnachweise des Stahlbetons und die Gebrauchstauglichkeit mit Setzungen und Lagerverschiebungen. Bauzustände während der Hinterfüllung sind gesondert zu untersuchen.
Warum kommen Boden-Stahl-Verbundbauwerke ohne Widerlager aus?
Weil das Tragverhalten anders organisiert ist: Das flexible Stahlprofil bildet mit der verdichteten Umhüllung einen Verbund, der die Lasten flächig in den umgebenden Boden abgibt. Es gibt keine zwei getrennten Endauflager, die Kräfte konzentriert abtragen müssen. Entwurfsschwerpunkt sind daher Kornaufbau, Einbaudicke und Verdichtungsgrad der Umhüllung statt Massivbau und Gründung.
Wie wird die Hinterfüllung hinter dem Widerlager ausgeführt?
Mit gut verdichtbarem, frostsicherem und wasserdurchlässigem Material, lagenweise eingebaut und nach den Anforderungen der ZTV E-StB verdichtet. Im wandnahen Bereich werden leichte Verdichtungsgeräte eingesetzt, um Erddruckspitzen zu vermeiden. Ergänzend sorgen Sickerschicht, Dränleitung und Abdichtung der Wandrückseite dafür, dass sich kein Wasserdruck aufbaut und die Setzungen begrenzt bleiben.
