Prüfung und Bewertung von vorgespannten Bauwerken

Kontext

Die Autobahnkreuzungen I-88 und I-355 in Downers Grove, Illinois, bestehen aus vier Brücken in Fertigteil-Segmentbauweise, die von der Illinois State Toll Highway Authority (ISTHA) (Mautbehörde des Staates Illinois) betrieben werden. Alle vier Bauwerke sind mit internen und externen DYWIDAG-Litzenspanngliedern vorgespannt.

Gemäß den neuen Standards des Florida Department of Transportation für die Prüfung und Bewertung von vorgespannten Bauwerken, empfahl das Straßenverkehrsamt des Staates Illinois (Illinois Division of the Federal Highway Administration) der Mautbehörde von Illinois, die Spannglieder in risikoreichen Spannbetonbrücken prüfen und bewerten zu lassen. Die Repair & Strengthening Business Unit der DYWIDAG schlug der Mautbehörde von Illinois die Inspektion dieser vier Fertigteilbrücken vor, und wurde Anfang 2003 mit dieser Aufgabe betraut.

Scope

Die Leistungen der DYWIDAG umfassten die Ausarbeitung eines Inspektionsplanes und dessen Umsetzung. Der Inspektionsplan berücksichtigt in besonderer Weise die in den Brücken vorhandenen unterschiedlichen Spanngliedtypen. Das Projekt gliederte sich in fünf Phasen. Zunächst wurden die Verankerungen und die Spannglieder in ihrem Verlauf einer vollständigen visuellen Inspektion unterzogen. Ein zerstörungsfreier Test (ZfT) durch Abtasten unter Einsatz des Ground Penetrating Radar (GPR) und Impact Echo (IE) Scanning ermöglichte das Lokalisieren der Spannkanäle und das Auffinden eventuell vorhandener Hohlräume im Einpressmörtel der Spannkanäle. Ein Teil der Verankerungen und Spannglieder wurde stichprobenartig einer invasiven Inspektion unterzogen. Mit Hilfe eines Vibrationverfahrens wurden kritische externe Spannglieder auf ihre aktuelle Vorspannkraft und eventuelle Spannkraftverluste hin untersucht. Hohlräume wurden unter Verwendung von Vakuumpumpen und DYWIDAG Volumetern vermessen.

Lösung

Die Arbeiten an dem Projekt begannen im März 2003 und wurden im Juli 2003 abgeschlossen.

Im Rahmen der visuellen Inspektion aller vier Brücken erfolgte die sorgfältige Untersuchung entlang des Verlaufes der internen Spannglieder sowie ihrer Verankerungsbereiche, wo verschiedene Unregelmäßigkeiten von Schäden im Beton über wasserdurchlässige Stellen bis hin zu starken Ausblühungen festgestellt werden konnten. Auch Risse in der HDPE-Verrohrung waren vorhanden.

Der Ground Penetrating Radar erwies sich als hilfreich beim Auffinden oder Bestätigen der Lage der internen Spannkanäle. 44 Stahlblechhüllrohre wurden mittels GPR lokalisiert. Die Lage von 60 Plastikhüllrohren wurde den Bauplänen entnommen, da sie mittels GPR nicht lokalisiert werden konnten. Das Impact Echo Scanning ergab an 20 Stellen keine Anzeichen von Hohlräumen, an 76 Inspektionsstellen waren jedoch Zeichen von Ablösung erkennbar. Die Ergebnisse des IE waren an acht Stellen nicht eindeutig.

Basierend auf den Ergebnissen der vorausgegangenen Sichtprüfungen und zerstörungsfreien Tests wurden an insgesamt 204 Stellen weitere invasive Inspektionen durchgeführt. In 64 Fällen ergaben sich kleine bis relativ bedeutende Hohlräume, wobei die Litzen mancher Spannglieder frei lagen.

Durch das Vibrationsverfahren konnte die tatsächliche Kraft in den externen Längsspanngliedern relativ präzise bestimmt werden. 96 Abschnitte externer Längsspannglieder wurden geprüft, indem ein Beschleunigungsmesser an das HDPE-Rohr angeschlossen und dieses in Schwingung versetzt wurde. Die daraus gewonnenen Daten wurden gesammelt und verarbeitet. Die tatsächliche Kraft im Spannglied wurde errechnet und mit den vorliegenden effektiven Bemessungskräften verglichen.

Das Projekt war ein Erfolg für DYWIDAG. Der erarbeitete Abschlußbericht enthält genau bezeichnete Handlungsempfehlungen und wird gegenwärtig von ISTHA überprüft.

Die Repair and Strengthening Business Unit der DYWIDAG hat einen umfangreichen Inspektionsplan für Brücken in Fertigteil-Segmentbauweise aufgestellt und ist damit für ähnliche Projekte in der Branche bestens vorbereitet.

Abschließend ist festzustellen, dass die vier genannten Brücken trotz der damals geltenden Spezifikationen ein Beispiel für gute Bauausführung sind. Die Brücken waren in einem allgemein guten Zustand.