Betrieb des Hochstraßenabschnitts der M4 im Westen Londons

Im Zuge der M4 als Hauptzufahrtsstrasse von Westen nach London befindet sich eine 1,9 Kilometer lange Betonhochstrasse. Behandelt wird die Bestandsaufnahme und die Instandsetzung sowie die nachfolgende Ueberwachung dieser Betonbruecke. Erstellt wurde der Ueberbau aus nebeneinanderliegenden Spannbetonbalken mit Ortbetonergaenzung als Einfeldtraeger. Das Brueckendeck liegt auf Einzelpfeilern aus Stahlbeton mit weit auskragenden Quertraegern. Infolge massiver Tausalzeinwirkungen wurden hohe Chloridmengen eingetragen, die zu starken Korrosionsschaeden fuehrten. Insbesondere betroffen waren davon die auskragenden Endbereiche der Quertraeger. Aus vertraglichen Gruenden ist der Betreiber der Hochstrasse verpflichtet, das Bauwerk nach Ende der Vertragslaufzeit von 30 Jahren in einem Zustand zurueckzugeben, der nicht schlechter ist, als der Zustand zu Vertragsbeginn. Um dieses Ziel zu erreichen wurde ein Massnahmenmodell erarbeitet, das die Zustandsbewertung hinsichtlich der Tragfaehigkeit mit der prognostizierten Zustandsverschlechterung, der Modellierung der Korrosion und der Rissbildung verknuepft. Die Auswertung der Schaeden an den Quertraegerauslegern ergab grosse Tragfaehigkeitsdefizite, insbesondere bei der Bewehrung. Da die Bruecke ohne Unterbrechung weiterhin den Verkehr aufnehmen muss, wurden zusaetzliche Untersuchungen, insbesondere zur Ermittlung von Tragfaehigkeitsreserven, durchgefuehrt, um die Verstaerkungs- und Instandsetzungsmassnahmen planen zu koennen. Dazu gehoerten eine dreidimensionale Fachwerkmodellanalyse, eine nichtlineare Finite-Element-Berechnung sowie eine Analyse bei Ansatz des plastischen Verhaltens der Bewehrung und die Beruecksichtigung des Quertragverhaltens der Fahrbahnplatte. Zusaetzlich erfolgte eine umfassende Aufnahme aller Risse an den Kragtraegern, um Rissbreitenvergroesserungen fruehzeitig zu erkennen und entprechend handeln zu koennen. Ein entscheidendes Kriterium bei der zu erarbeitenden Instandhaltungsstrategie und dem anzuwendenden Instandsetzungsverfahren war die Verknuepfung der bewerteten Tragfaehigkeit mit der prognostizierten Zustandsverschlechterung infolge Chlorideinwirkung. Nach Bewertung verschiedener Verfahren entschied man sich aus Kostengruenden fuer die Anordnung eines Kathodischen Korrosionsschutzes, da bei dieser Schutzmassnahme die Entfernung des mit Chlorid kontaminierten Betons entfaellt. Die geschaedigte Bewehrung wurde durch eine Edelstahlbewehrung ersetzt; ebenso wie die zur Verstaerkung zusaetzlich erforderliche Bewehrung. Im Rahmen des Massnahmenpakets wurden auch detaillierte Regelungen der Tragwerksueberwachung festgelegt. Bei der Planung der Verstaerkung und Instandsetzung sowie bei dem zukuenftigen Anlagenmanagement kam das Building Information Modelling (BIM) zur Anwendung. ABSTRACT IN ENGLISH: The M4 Elevated Section in West London is a 1.9 km concrete viaduct structure providing a major arterial route into London. An intervention model bringing together structural assessment and forecast deterioration, corrosion modeling and cracking has been developed to prioritise structural rehabilitation of the substructure crosshead beams. To evaluate residual strength an initial assessment of crossheads was undertaken, which identified a deficiency in tensile capacity at the ends of the crosshead cantilevers compared to current demands. Further assessment has been undertaken, including threedimensional strut and tie, non-linear finite element analysis and plastic analysis, to confirm public safety with continued trafficking of the structure, and to determine the need for strengthening. Additionally extensive monitoring of the crossheads has been implemented including mapping of all cracks, and remote crack monitoring to safeguard the substructures and allow early interventions. The long term maintenance strategy brings together strengthening and cathodic protection preservation methods with removal and repair of concrete delamination. The paper discusses the development of the prioritisation process including deterioration modeling, together with the extended structural analysis to formulate a strengthening programme for these substructures. (A)