Analyse der Schäden an Brücken- und Ingenieurbauwerken im Bundesfernstraßennetz durch das Hochwasserereignis in NRW und RLP im Juli 2021

  • Seit einigen Jahrzehnten nehmen Naturkatastrophen wie Starkregenereignisse und daraus folgende Flusshochwasser zu. Das Hochwasserereignis im Juli 2021 mit seinen teils verheerenden Folgen bekräftigt die Notwendigkeit einer umfassenden Hochwasservorsorge. Teil des Hochwasserrisikomanagements ist die hochwasserangepasste Planung und Instandsetzung bzw. Verstärkung von Brücken- und Ingenieurbauwerken in überschwemmungsgefährdeten Gebieten. Hierdurch können negative Auswirkungen zukünftiger Hochwasserereignisse auf die Funktions- und Leistungsfähigkeit der Bauwerke deutlich reduziert oder vermieden werden, sodass insgesamt die Funktionsfähigkeit des Straßennetzes auch im Falle von extremen Hochwasserereignissen erhalten bleibt. Infolge des erhöhten Abflusses bei einem Flusshochwasser kann es an Brücken- und Ingenieurbauwerken zu verschiedenen sogenannten lokalen Phänomenen kommen, wie Auskolkungen und Längserosion, Anprall und Verklausung sowie Überströmung bzw. Überschwemmung. Basierend auf einer umfassenden Literaturrecherche werden die Hintergründe, Abläufe und Zusammenhänge der lokalen Phänomene erläutert und mögliche Maßnahmen zur Vermeidung der Phänomene und deren Folgeschäden aus bestehenden Richtlinien und Regelungen sowie dem Stand der Wissenschaft zum hochwasserangepassten Bauen aufgezeigt. Im Rahmen des Forschungsprojektes wurden die im Zuge des Hochwasserereignisses 2021 eingetretenen Schäden an Brücken und sonstigen Ingenieurbauwerken, wie z. B. Stützbauwerke und Tunnel, gesammelt und ausgewertet. Es wurden insgesamt 153 Bauwerke, davon 113 Brücken, 26 Stützbauwerke und 14 Tunnel / Trogbauwerke für die Aufnahme und Auswertung in der Datenbank ausgewählt. Durch die Kategorisierung der erfassten Schäden in Verbindung mit den bauwerksspezifischen Konstruktionsdetails können konstruktive oder materialtechnische Schwachstellen erkannt sowie Ursachen und Wirkmechanismen herausgearbeitet werden. Bei der Datenbankauswertung werden zudem die im Rahmen der Literaturrecherche gewonnenen Erkenntnisse zu Gestaltungsgrundsätzen und zusätzlichen baulichen Maßnahmen auf ihre Umsetzung und Wirkung geprüft, sowie Zusammenhänge, Wirkungsketten und Schadensauswirkungen auf die Standsicherheit, Verkehrssicherheit und Dauerhaftigkeit herausgearbeitet. Ausgewählte repräsentative Schadensbeispiele werden schließlich im Rahmen der Erfahrungssammlung „Hochwasserschäden an Brücken- und Ingenieurbauwerken“ vorgestellt. Die schwerwiegendsten Schäden mit Einfluss auf die Standsicherheit traten im Zusammenhang mit Auskolkungen bzw. Längserosion auf. Durch eine Bemessung der Gründung unterhalb der maximalen Kolktiefe kann in vielen Fällen zukünftig die Standsicherheit auch bei extremen Hochwasserereignissen sichergestellt werden. Zudem sollten zusätzliche Kolkschutzmaßnahmen an kolkgefährdeten Bauwerken vorgesehen werden. Die Analyse der Schäden an Brücken- und Ingenieurbauwerken zeigt, dass viele Bauwerke nicht ausreichend für den Hochwasserabfluss 2021 und voraussichtlich auch nicht für kommende Hochwasserabflüsse bemessen und dimensioniert sind. Um bestehende Bauwerke für den Hochwasserfall zu verstärken, Neubauten hochwasserangepasst zu planen und gleichzeitig Kosten und Verkehrsbehinderungen zu minimieren, sollte ein Leitwerk mit umfassenden Empfehlungen für hochwasserresiliente Bauweisen von Ingenieurbauwerken und gezielten Maßnahmenempfehlungen erarbeitet werden. Der vorliegende Bericht liefert einen wichtigen Beitrag hierzu. Aufbauend auf den Erkenntnissen aus dem Stand der Wissenschaft und Technik und der Datenbankauswertung wird ein Vorschlag für ein Ablaufschema zur hochwasserangepassten Planung und Bemessung neuer Bauwerke sowie für die Planung von Schutzmaßnahmen zur Ertüchtigung bestehender Bauwerke vorgestellt. Hierbei werden Vorschläge für die einzelnen Planungsschritte erläutert sowie offene Punkte aufgezeigt.
  • For several decades, the number of natural disasters such as extreme rainfall events and resulting riverine floods has been increasing. The flood event in July 2021 with its partly disastrous consequences highlights the necessity of comprehensive flood prevention. Part of flood risk management is a flood-adapted planning, repair and strengthening of bridges and engineering structures in flood-prone areas. By this, negative effects of future flood events on the function and performance of bridges and engineering structures can be significantly reduced or avoided, to maintain the overall functionality of the road network even in case of extreme flood events. As a result of the increased flood drain during a riverine flood, various so-called local phenomena can occur at bridges and engineering structures, such as scouring and parallel erosion, ramming and log jam as well as overtopping or flooding. Based on a comprehensive literature research, the background, processes and correlations of the local phenomena are explained and possible measures from existing guidelines and regulations as well as the state of science on flood-adapted construction to avoid the phenomena and their consequential damages are presented. Within the research project, the damages due to the 2021 flood event to bridges and other engineering structures, such as retaining structures and tunnels, were collected and evaluated. A total of 153 structures, including 113 bridges, 26 retaining structures and 14 tunnels / trough structures, were selected for consideration and evaluation in the database. By categorizing the recorded damages in connection with the structure-specific design details, structural or material-technical weak points, causes and mechanisms of action can be identified. During the database evaluation, the insights gained from the literature research on design principles and additional constructive measures are examined regarding their implementation and effectiveness, and correlations, chains of effects and damage impacts on stability, traffic safety and durability are elaborated. Finally, a selected range of damage examples is presented in the collection of experiences “Flood damages to bridges and engineering structures”. The most serious damages that affected stability were related to scouring and longitudinal erosion. By designing the foundation below the maximum scour depth, in many cases the stability can be ensured in the future, even during extreme flood events. Furthermore, additional scour protection measures should be provided for scour-prone structures. The analysis of damages to bridge and engineering structures clearly shows that many structures were not sufficiently designed and dimensioned for the flood drain of 2021 and probably also not for future flood drains. To strengthen existing structures for the event of flooding, to plan new structures to be compatible with floods and at the same time to minimize costs and traffic disruptions, a guideline with comprehensive recommendations for flood-resistant construction methods of engineering structures and specific recommendations for measures should be developed. This report makes an important contribution to this regard. Based on the knowledge gained from the current state of science and technology and the evaluation of the database, a proposal is presented for a flow chart for the flood-adapted planning and dimensioning of new structures as well as for the planning of protective measures for the retrofitting of existing structures. Proposals for the individual planning steps are explained and open points are presented.

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  • Zu diesem Forschungsprojekt werden nur die Kurzfassung und der Kurzbericht veröffentlicht. Die Langfassung des Schlussberichts kann auf Anfrage an verlag@bast.de zur Verfügung gestellt werden.

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Metadaten
Author:Karin Reißen, Joerg Gallwoszus, Hans-Peter Doser, Leony Scheper, Florian Hunecke, Lisa Jünger
URN:urn:nbn:de:hbz:opus-bast-29616
DOI:https://doi.org/10.60850/FV-B-15.0698
Title Additional (English):Analysis of damages to bridges and engineering structures in the federal trunk road network caused by the flood event in NRW and RLP in July 2021
Document Type:Book
Language:German
Date of Publication (online):2024/07/08
Date of first publication:2024/07/09
Publishing institution:Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
Release Date:2024/07/09
Tag:Brücke; Environment; Flood; Hochwasser; Umwelt
Bridge
Number of pages:15
Comment:
Fachveröffentlichung zu Forschungsprojekt: 15.0698
Analyse der Schäden an Brücken- und Ingenieurbauwerken im Bundesfernstraßennetz durch das
Hochwasserereignis in NRW und RLP im Juli 2021
Fachbetreuung: Daniel Eickmeier, Iris Vivien Dahms
Referat: Grundsatzfragen der Bauwerkserhaltung
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Licence (German):License LogoBASt / Link zum Urhebergesetz

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