Wenn die Strömung gräbt: Wie das ASTRA die Pfeiler seiner Brücken schützt

Unter der Aarebrücke bei Wangen an der Aare wirkt eine unsichtbare Kraft: Strömungswirbel haben dort einen sogenannten Kolk entstehen lassen. Mithilfe von Messungen, Tauchgängen und Modellen der ETH Zürich entwickelt das ASTRA gezielte Schutzmassnahmen.

Die Aarebrücke bei Wangen an der Aare ist ein zentrales Bauwerk der Nationalstrasse A1. Täglich rollen zehntausende Fahrzeuge darüber. Im Zuge des Ausbaus der A1 auf sechs Fahrstreifen rückte jedoch nicht nur der Verkehr, sondern auch der Fluss unter der Brücke stärker in den Fokus. Denn im Bereich der Pfeiler hatte sich über Jahre hinweg ein ausgeprägter Kolk, eine tiefe Ausspülung im Flussbett, gebildet.

Ein Kolk entsteht, wenn fliessendes Wasser auf ein Hindernis trifft. An Brückenpfeilern wird die Strömung nach unten gelenkt, wodurch sich Wirbel bilden, die Sand und Kies aus dem Untergrund herauslösen. So gräbt sich das Wasser stetig in die Tiefe. An der Aare ist dieser Effekt besonders ausgeprägt, da der Untergrund aus feinen Schwemmsanden besteht.

Im Rahmen der Planung des Ausbaus der A1 auf sechs Fahrstreifen wurde dieser Prozess genauer untersucht. Dabei zeigte sich: Das Ausmass des Kolks war in der frühen Projektierungsphase noch nicht vollständig erkennbar. Erst zusätzliche Abklärungen brachten Klarheit. Mithilfe von Tauchgängen, Tauchrobotern und hochauflösenden 3D-Vermessungen wurde die Aaresohle detailliert erfasst.

Die Aare hat sich zwischen den bestehenden Brückenpfeilern über acht Meter tief in die Flusssohle gegraben und dabei etwa 20’000 Kubikmeter Material verfrachtet.  Würden die Ausspülungen weiter fortschreiten, wäre die Standsicherheit der Brückenfundamente gefährdet.

Strömung verstehen, Risiken minimieren

Um zu verstehen, wie sich Strömung und Untergrund künftig verhalten, wurde die ETH Zürich beigezogen. An der Versuchsanstalt für Wasserbau entstand ein physikalisches Modell des Aarelaufs im Massstab 1:35, ergänzt durch numerische Modelle zur langfristigen Betrachtung der Kolkentwicklung. Darin liessen sich unterschiedliche Abflussmengen, Hochwasserereignisse und Bauzustände realitätsnah nachbilden.

Physikalischer Modellversuch an der ETH Zürich zur Kolkbildung an den Pfeilern der Aare-Brücke.

Die Ergebnisse zeigten deutlich: Eine vollständige Auffüllung des Kolklochs wäre keine nachhaltige Lösung. Stattdessen wird das Flussbett gezielt stabilisiert. Ein optimierter Sohlschutz mit schweren Wasserbausteinen schützt den Untergrund vor weiterer Ausspülung und lenkt die Strömung so, dass kritische Bereiche entlastet werden.

«Das Beispiel zeigt, dass Naturgefahren beim Bau in Gewässern nicht unterschätzt werden dürfen. Es sind nicht nur Einzelereignisse wie Hochwasser zu berücksichtigen, sondern auch unsichtbare, schleichende Prozesse», erklärt Harry Fehlmann, Dipl. Bauing. ETH, Mitglied der Geschäftsleitung Bänziger Partner. «Wichtig sind deshalb regelmässige Inspektionen, die auch die Unterwasserbereiche miteinschliessen. Künftig werden dort vermehrt moderne Überwachungsgeräte wie Unterwasserdrohnen zum Einsatz kommen.»

Bauen unter laufendem Betrieb

Der Ausbau der Brücke erfolgt unter anspruchsvollen Bedingungen. Während der Bauzeit bleiben sowohl der Verkehr als auch der Fluss in Betrieb. Künftig werden drei zusätzliche Fahrstreifen über eine neue Brücke geführt, deren Pfeiler in der Achse der bestehenden Bauwerke stehen.

«Das Projekt bei Wangen an der Aare zeigt, wie sorgfältige Analysen und moderne Modellierung dazu beitragen, Infrastruktur langfristig zu sichern – auch dort, wo die grössten Kräfte unsichtbar wirken», erklärt André Grieder, Projektleiter des 6-Streifen-Ausbaus Luterbach–Härkingen.