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EinleitungDas Taminatal bildet die südlicheSpitze des Kantons St. Gallen. Esverläuft ungefähr von Südennach Norden und mündet beimKurort Bad Ragaz in das Tal desAlpenrheins. In seinem unterenDrittel fliesst die Tamina durcheine tief eingeschnittene Schlucht,die die an den Talflanken liegen-den Siedlungen voneinandertrennt. Aufgrund der geologi-schen Risiken genügt die linkssei-tige Valenserstrasse auf weitenTeilen den heutigen und zukünf-tigen Anforderungen nicht mehr.Aus diesem Grund schrieb dasTiefbauamt Kanton St. Gallen imJahr 2007 einen internationalenProjektwettbewerb für die Über -brückung des Taminatals aus.Der Grundgedanke des letztlichausgelobten Wettbewerbs ent -wurfs bestand in der stützen -freien Überspannung der Tamina -schlucht mit einer Bogenkon -struktion und einer ebenfalls stüt-zenfreien Überbrückung der

Introduction The Tamina Canyon forms thesouthern edge of the Canton ofSt. Gallen in Switzerland. It leadsapproximately from South toNorth and into the Alpine RhineValley at the health resort BadRagaz. In its lower third, theTamina River flows through adeep gorge that separates thetowns on the flanks of the valley.Due to its geological hazards, theroad on the left side near the vil-lage of Valens no longer meetstoday’s or future requirements.For this reason, the civil engineer -ing department (Tiefbauamt) ofthe Canton of St. Gallen announc -ed an international project com-petition for the crossing of theTamina Canyon. The basic concept of the winningdesign proposed the constructionof a column-free crossing over theTamina Canyon with an arch anda column-free bridging of theside fields to the abutments witha rigid frame structure.

Seiten felder bis zu den Wider -lagern mit einer biegesteifenRahmenkonstruktion.

Bauwerksentwurf und Ein -passung in die LandschaftAus den Randbedingungen erga-ben sich für das Entwurfskonzeptfolgende Prämissen – Das Haupttragwerk wird unter -

halb der Fahrbahn angeord-net.

– Die Taminaschlucht wird stüt-zenfrei überspannt (Bogen mitca. 260 m Spannweite).

– Die Endfelder in den Hang be -reichen werden ebenfalls stüt-zenfrei überspannt (biegestei-fe Rahmen mit 89 m Spann -weite auf Seite Pfäfers und48,5 m Spannweite auf SeiteValens).

– Die Herstellung der Haupt öff -nung (Bogenbereich) erfolgtim Freivorbau mit Hilfsab -spannungen.

Übergeordnetes Ziel des Entwurfswar es, ein Ingenieurbauwerk zu

Die Taminabrücke bei PfäfersThe Tamina Canyon crossing near Pfäfers

Volkhard Angelmaier

Fig. 1

Ausgangssituation: Die Taminaschlucht, Blick ausNordwesten.Initial situation: the Tamina Canyon with view fromthe northwest.(© Tiefbauamt Kanton St. Gallen)

Fig. 2

Ansicht.Side view.(© Tiefbauamt Kanton St. Gallen)

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Landscape considerationsand designThe following premises resultedfrom the parameters for thedesign concept – The main bearing structure is

beneath the roadway slab.– The Tamina Canyon is crossed

without intermediate columns(arch with a span of 260 m).

– The end spans in the slopeareas are also spanned column-free (rigid frames with a spanof 89 m on the Pfäfers side and48.5 m on the Valens side).

– The main opening (arch area)is created as a free cantileverstructure with temporary cablestays.

The overarching goal of the de -sign was to create an engineeringmasterpiece that fits smoothlyand precisely into the terrain andthat at the same time creates adistinctive identity due to itsappearance. In combination withthe column-free spans of the la ter -al slope areas, the wide-spannedarch across the gorge leads a highdegree of transparency.The fusion of the arch with thesuperstructure in the crown areareinforces the impression of fili-gree, since only three additionalarch stands are required betweenthe impost areas, resulting in very

schaffen, das sich besonders be -hut sam und sorgfältig in dasGelände einpasst und gleichzeitigdurch sein Erscheinungsbild eineeigene, unverwechselbare Identi -tät entwickelt. Die grosszügigeBogenlösung über der Tamina -schlucht in Verbindung mit derstützenfreien Überspannung derseitlichen Hangbereiche führt zueinem hohen Mass an Transpa -renz.Die Verschmelzung des Bogensmit dem Überbau im Scheitel -bereich verstärkt diesen Eindruckder Filigranität noch, da zwischenden Kämpferbereichen nur nochdrei zusätzliche Bogenständererforderlich werden, was zu sehrgrosszügigen Öffnungen zwi-schen Bogen und Überbau führt.Die radiale Anordnung der Bo -gen ständer bewirkt eine weitereSteigerung dieses harmonischenGesamteindrucks, nicht zuletztauch deshalb, weil die Neigungender Aufständerungen auf denbeiden Kämpfern, die gleichzeitigals Stiele des Endrahmens fun -gieren, in etwa die Neigung derTalflanken aufnehmen und da -durch den Eindruck vermitteln,die Brücke entwickle sich ganzselbstverständlich, natürlich undorganisch aus dem Tal heraus (Fig. 2).

generous openings between thearch and the superstructure. Theradial arrangement of the archstand enhances the overall im -pression of harmony, not leastbecause the inclinations of thestands at the imposts, whichfunction as end frame shafts, takeup the inclination of the valleyflanks. The impression created is,therefore, that the bridge emergesas a matter of course, naturallyand organically from the valley(Fig. 2).

ConstructionThe constructive implementationof the design’s main aspect wasrealized consistently and in accor-dance with structural require-ments, taking into account all con -cerns related to the constructionprocess and assembly (Fig. 3). The arch is a reinforced concretestructure with a span of 260 mand is fixed to the ground. It has,therefore, the highest construc -tion height of 4.00 m in the areaof the imposts, which decreases to2.20m towards the crown area.The width of the arch varies aswell from 8.50 m (Valens side) to9.00 m (Pfäfers side) to 5.00 m inthe crown area. This provides aninteresting and exciting haunchwhen viewed from below. Over

472,60

259,36

Valens

Pfäfers

30,95414,00

472,60

27,65

Fig. 3

Ansicht und Grundriss.Side and plan views.

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Konstruktive UmsetzungDie konstruktive Umsetzung desEntwurfsgedankens erfolgte kon-sequent entsprechend den sta-tisch-konstruktiven Erforder nis senunter Berücksichtigung der ent-sprechenden Belange aus demBauablauf und der Herstellung(Fig. 3).Der Bogen ist als Stahlbeton kon -struktion mit einer Stützweitevon ca. 260 m ausgeführt, die imBaugrund eingespannt ist und da -her im Kämpferbereich mit 4,00 mdie grösste Bauhöhe besitzt, diezum Scheitel hin auf 2,20 m ab -nimmt. Die Breite des Bogens istebenfalls veränderlich und ver-jüngt sich von 8,50 m (SeiteValens) bzw. 9,00 m (Seite Pfäfers)an den Kämpfern auf 5,00 m imScheitelbereich. Es ergibt sichdadurch in der Untersicht eine in -teressante und spannungsreicheTaillierung. Über weite Be reichekann der Bogen als Hohl kastenausgebildet werden, zwischenden beiden letzten Aufstände -rungen und dem Scheitel liegt einmassiver Querschnitt vor.Die Verbindung zwischen Über bauund Bogen erfolgt im Scheitel -bereich monolithisch, zu denKämpfern hin werden drei zu sätz -liche Bogenscheiben als Massiv -querschnitte angeordnet. In derAnsicht sind diese Bogenscheibenbewusst schlank ausgeführt (siewirken quasi als Pendelstäbe, Fig.4) – im Querschnitt erhalten sieeinen leichten Anzug zum Bogenhin.Die Aufständerung im Bereich derKämpfer unterscheidet sich grund -sätzlich von den «Pendel schei -

wide areas, the arch was designedas a hollow box; there is a solidcross-section between the twoinner stands and the crown area.The connection between thesuperstructure and the arch ismonolithic in the crown area;three additional arch discs as solidcross-sections are arranged to -wards the imposts. In this view,these arch discs are deliberatelyslim (they appear as pendulumrods), Figure 4, in the cross section,they be come slightly tightenedto wards the arch.The elevation in the impost areadiffers fundamentally from thependulum rods. The pendulumrods provide the elevation of thesuperstructure and function asframework legs as part of theend-framework in the side spans. From an economic and aestheti-

ben». Ihnen kommt neben derAufständerung des Überbaus inerster Linie auch die Funktioneines Rahmenstiels als Teil derEndfeldrahmen in den Seiten -feldern zu.Erst durch diese biegesteife Rah -menkonstruktion (Überbau alsRahmenriegel, Aufständerung alsRahmenstiel) ist die stützenfreieÜberbrückung der Seitenfelder(89,00 m Seite Pfäfers; 48,50 mSeite Valens) wirtschaftlich undgestalterisch ansprechend reali-sierbar. In der Ansicht erhaltendie als Hohlkastenquerschnitteausgeführten Rahmenstiele einendeutlichen Anzug zum Kämpferhin, während die Bauhöhe zumÜberbau hin aus der Rahmen -wirkung merklich zunimmt. IhreFunktion innerhalb des (Rahmen-)Tragwerks wird klar ablesbar, vor

Fig. 4

Betongelenk.Concrete hinge.

Fig. 5

Freivorbau im Wochentakt.Free cantilever construction on a weekly basis.

Technische DatenBauzeit 2013–2016Baukosten CHF 36,7 Mio.Länge einschl. Widerlager 475 mFahrbahnbreite 9,50 mBogenspannweite 260 mHöhe über Tal 200 m

Ortbeton 14 000 m3

Bewehrung 3500 tVorspannung 245 tHalte-/Rückhaltekabel 190 tAushub 25 000 m3

Brückenabdichtung 4700 m2

Technical dataConstruction period 2013–2016Costs CHF 36.7 millionTotal length incl. abutments 475 mRoadway width 9.50 mSpan 260 mHeight above valley 200 m

In-situ concrete 14,000 m3

Reinforcement 3,500 tPretensioning 245 tCables 190 tExcavation 25,000 m3

Bridge sealing 4,700 m2

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cally pleasing design point ofview, the side fields (83.00 m atthe Pfäfers side and 48.00 m atthe Valens side) can only bebridged column-free with such arigid frame structure (superstruc-ture as framework beam, eleva -tion as framework leg). In the sideview the box girder section, real -ized as a framework leg, re ceivesa visible haunch ing towards theimposts, while the constructionheight towards the superstruc -ture increases significantly due tothe framework behaviour. Theirfunction within the (frame) struc-ture is clearly visible, especially inthe distinc tion compared to thependulum-like remaining archdiscs.The superstructure is a continuousprestressed concrete beam. Dueto its monolithic connection withthe arch and because of thearrangement of the elevations,the spans are between 38.45 mand 62.70 m. The box girder crosssection has a consistent construc-tion height of 2.75 m across wideparts of the bridge. In the area ofthe end fields, the box girdercross-section increases to an aver -age of 4.75 m to 5.00 m (on the

allem auch in der Unterscheidungzu den pendelartig ausgeführtenrestlichen Bogenscheiben.Der Überbau ist als als Spann be -ton-Durchlaufträger ausgeführt.Die Stützweiten messen wegender monolithischen Verbindungmit dem Bogen und infolge derAnordnung der Aufständerungenzwischen 38,45 m und 62,70 m.Der Hohlkastenquerschnitt wirdüber weite Bereiche konstant miteiner Bauhöhe von 2,75 m ausge-führt. Im Bereich der Endfeldererhält er entsprechend seinerFunktion als Rahmenriegel eineVoute und nimmt auf 4,75 m bzw.5,00 m (Seite Pfäfers) und 4,30 mbzw. 4,50 m (Seite Valens) zu. Mitder Wahl der Breite des Hohl kas -tens von 5,00 m ergeben sich Krag -armlängen (inklusive Brüstung)von 2,73 m. Es liegt somit ein aus-gewogener Querschnitt vor – eineQuervorspannung ist nicht erfor-derlich.Durch die monolithische Verbin -dung der Aufständerungen mitBo gen und Überbau werden Lagernur an den Widerlagern erforder-lich, an denen zum Ausgleich derLängenänderungen auch Fahr -bahnübergänge an beiden Tal -seiten angeordnet werden. Sämtliche Tragwerksteile sind inStahlbeton oder Spannbeton(Über bau) ausgeführt. Mit dieserMaterialwahl ist eine konsequenteUmsetzung des Gesamtkonzepts

Pfäfers side) and 4.30 m or 4.50 m(on the Valens side), in line withits function as a frame beam.Choosing a width of 5.00 m forthe box girder results in a cantile-ver length of 2.73 m (incl. balu-strade). This provides for a ba -lanced cross-section and no trans-verse prestress ing is required.Given the monolithic connectionof the stands with the arch andthe superstructure, bearings areonly required for the abutments,where road transitions are alsoarranged on both sides of the valley to compensate for thechanges in length. All supportingstructure elements are reinforcedor prestressed concrete structures(superstructure). The use of thismaterial allows for the consistent,coherent and above all economicimplementation of the overallconcept in a structurally sensiblesupporting structure.

Erection and constructionmethodThe core idea for the constructionof the bridge consisted of a freecantilever structure with back-spanning of the arch. The frame-work construction of the sidefields are falseworks, as with thesuperstructure, which was erect edon an arch-based scaffolding. Thesteep valley flanks and some areasof the Tamina River, therefore,remain completely untouch ed.

Fig. 6

Bogenschluss.Completion of the arch.(© Tiefbauamt Kanton St. Gallen)

Bauherr/OwnerTiefbauamt Kanton St. GallenProjektverfasser/Project authorLeonhardt, Andrä und PartnerBeratende Ingenieure VBI AG, D-StuttgartPlanungspartner/Planning consultantsdsp Ingenieure & Planer AG, CH-GreifenseeSmoltczyk & Partner GmbH, D-StuttgartPrüfingenieure/Checking engineersProf. Thomas Vogel, ETH Zürich,ZürichPascal Klein, dipl. Ing. ETH/SIA/USIC,Zürich Baugrundgutachter/Geotechnical engineersDr. von Moos AG, ZürichBauleitung/Construction managementLeonhardt, Andrä u. PartnerBeratende Ingenieure VBI AG, D-Stuttgartdsp Ingenieure & Planer AG, CH-GreifenseeBauausführung/ConstructionARGE Taminabrücke (STRABAG AG, J. Erni AG, Meisterbau AG)Planung Lehrgerüste/Planning falseworksLGB – Lehrgerüst GmbH, D-Meiningen

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Ausführung über zwei Wochenmit Temperaturfühlern gemesse-nen Werte lagen dann auch beieiner Temperaturdifferenz von26 °C und einer maximalenKerntemperatur von 58 °C undsomit im grünen Bereich.

Herstellung BogenDie Herstellung des Bogens er folg -te im Freivorbau mit einer tempo-rären Abspannung. Die hierfürerforderlichen Hilfspylone ausStahl mit einer Höhe von 107 mauf der Seite Pfäfers und 78 m aufder Seite Valens wurden seitlichauf den Kämpferfundamentenaufgestellt und durch ein Kalot -ten lager darauf gelenkig gela-gert. Die Halte- und Rückhalte -kabel bestanden aus 7 bis 24weissen PE-ummantelten Mono -lit zen der Stahlgüte St 1680/1860mit einer Querschnittsfläche von150 mm2 und einer Zugfestigkeitvon 1860 N/mm2. Die Herstellung der einzelnenBogenelemente erfolgte von derSeite Valens und Pfäfers nacheiner gewissen Einarbeitungszeitparallel im Wochentakt (Fig. 5).Der Bogenschluss erfolgte miteinem Bogenelement mit 3 mLänge und wurde mit der Frei -vorbauschalung der Seite Pfäfersnach dem Abbau der Freivor bau -schalung auf der Seite Valens her-gestellt. Durch die laufende mess-technische Überwachung derBogenherstellung betrug die Hö -

Fig. 7

Überbau auf Lehrgerüst.Superstructure on falseworks.(© Tiefbauamt Kanton St. Gallen)

Fig. 8

Herstellung des Überbaus parallel zu Bogenständern.Construction of the superstructure, parallel to arch stands.(© Tiefbauamt Kanton St. Gallen)

in ein konstruktiv sinnvolles Trag -werk schlüssig und vor allem auchwirtschaftlich möglich.

Herstellung und Bau -ausführungDer Kerngedanke der Herstellungder Brücke besteht aus einemFreivorbau mit Rückverhängungdes Bogens. Die Rahmen kon -struk tionen der Seitenfelder wer-den ebenso wie der Überbau aufeinem Lehrgerüst hergestellt, dasmithilfe eines bogengestütztenGerüsts errichtet wird. Die steilen Talflanken und dieBereiche der Tamina selbst blei-ben somit vollständig unberührt,und ein Höchstmass an Rücksicht -nahme auf die sensiblen Schon -gebiete ist sichergestellt.

Herstellung KämpferDer Baubeginn erfolgte jeweilsbei den beiden Kämpfern undden Widerlagern. Die Kämpferwurden auf dem in einer Tiefevon ca. 6 m anstehenden Fels ge -gründet. Um die Zwangs span nun -gen bei den Massenbetonen derKämpfer zu begrenzen, wurde dieTemperaturdifferenz infolge derHydratationswärme des Betonszwischen Kern und Oberfläche inder Ausschreibung auf 30 °C unddie maximale Betontemperaturauf 60 °C festgelegt. Dazu wurdenentsprechende Betonrezepturenmit einem Hochofenzement CEMIII/B 32,5 entwickelt. Die bei der

This ensures the highest de greeof protection for ecological sanc -tuaries.

Construction of the impostsConstruction began with work onthe two imposts and the abut-ments. The imposts were found edon a 6 m deep rock. In order tolimit restraining stresses at thebulk concrete of the imposts, thetender documents limited thetemperature difference due to thehydration heat of the concrete to30 °C between core and surface.The maximum soil temperaturewas to be no more than 60 °C. Forthis purpose, concrete recipeswith a blast furnace cement CEMIII/B 32.5 were developed. Thevalues measured over two weekswith temperature sensors werewithin a temperature differenceof 26 °C and a maximum coretemperature of 58 °C and, there-fore, within acceptable limits.

Construction of the archThe arch was erected in a canti le -ver construction with temporarystay cables. The necessary auxilia-ry pylons made of steel and witha height of 107 m on the Pfäfersside and a height of 78 m on theValens side were installed on theside of the imposts’ foundationsby using a spherical bearing. The retention cables consisted of7 to 24 single strands, coated withwhite polyethylene, which have a

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section of the arch crown wasbuilt and the superstructure wassubsequently concreted to theforeland supporting structure, in20 to 30 m long sections, dividedinto 4 construction phases (Fig. 7).

Arch stands with concrete hinges The solid radial arch stands wereerected parallel to the construc -tion of the superstructure using aclimbing formwork (Fig. 8).

Autor/Author

Volkhard AngelmaierDipl.-Ing. Leonhardt, Andrä und PartnerBeratende Ingenieure VBI AGD-70469 Stuttgartstuttgart@lap-consult.com

Fig. 9

Die fertige Brücke.The completed bridge.(© Bastian Kratzke)

steel grade of St 1680/1860 with across-section of 150 mm2 and atensile strength of 1860 N/mm2.At first, the single arch elementswere constructed only on theValens side and after a certainperiod of time on the Pfäfers sideas well, in parallel and on a week -ly basis (Fig. 5). The arch was completed with a 3 mlong bridge element and con-structed with the cantilever scaf-folding on the side of Pfäfers,after having removed the cantile-ver scaffolding on the Valens side.Due to the ongoing metrologicalmonitoring of the arch erection,the height deviation at the closuresegment was only 2.5 cm. This dif-ference was compensated for byslightly loosening the retentioncables on the last transverse beamlevel of the pylon on the Pfäfersside (Fig. 6).

Constructing the superstructureThe superstructure in the arch areawas created section by sectionusing a scaffolding, supported bythe arch. First of all, the 50 m long

henabweichung bei der Schluss -lücke nur 2,5 cm. Diese Differenzwurde durch ein geringes Ent -span nen der Rückhaltekabel aufder letzten Querträgerebene desPylons auf der Seite Pfäfers aus-geglichen (Fig. 6).

Herstellung ÜberbauDer Überbau im Bogenbereichwurde abschnittweise mit einemauf dem Bogen abgestützten Trag -gerüst erstellt. Dabei wurde zu -erst der 50 m lange Bauab schnittim Bereich des Bogen scheitelsher gestellt und anschliessend derÜberbau in jeweils 20 bis 30 mlangen vier weiteren Bauabschnit -ten nach beiden Seiten bis zumAnschluss an die Vorlandtrag -werke betoniert (Fig. 7).

Bogenständer mit Beton -gelenkenParallel zur Erstellung des Über -baus erfolgte jene der massivenradialen Bogenständer mit einerKletterschalung, Figur 8.