DE102009023466B4

DE102009023466B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Erstellen eines Unterwasserfundaments eines Bauwerks

Info

Publication number: DE102009023466B4
Application number: DE200910023466
Authority: DE
Inventors: Marc Peters
Original assignee: Herrenknecht AG
Current assignee: Herrenknecht AG
Priority date: 2009-06-02
Filing date: 2009-06-02
Publication date: 2012-09-13
Anticipated expiration: 2029-06-03
Also published as: DK2417303T3; US20120076591A1; EP2423390A1; CN102803616B; DE102009023466A1; ES2559204T3; CN102803616A; ES2399603T3; PT2417303E; EP2417303B1; DK2423390T3; WO2010139380A1; EP2417303A1; EP2423390B1; US9222233B2

Abstract

Verfahren zum Erstellen eines Unterwasserfundaments eines Bauwerks, bei dem ein Basiselement (11) als Modulträger am Errichtungsort vorgesehen wird, ein Pfahl (6) bereitgestellt wird, der das zu erstellende Fundament bildet oder Bestandteil des Fundaments ist, wobei der Pfahl (6) als Hohlkörper ausgeführt ist, der Pfahl (6) in ein Schwenkmodul (13) eingespannt wird, durch Verschwenken des Schwenkmoduls (13) aufgerichtet wird, bis die gewünschte Vortriebsrichtung in den Boden im Bezug auf die Horizontale erreicht wird, und der Pfahl (6) auf den Grund des Gewässers (8) abgesenkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Pfahl (6) durch eine Vorsch13) angeordnetes Vorschubelement (23) erzeugt wird, bis zum Erreichen eines Grenzwertes einer Vorschubkraft in den Grund (8) hineingedrückt wird, dass eine Abteufvorrichtung (24) im Pfahl (6) installiert wird und auf den Grund (8) abgesenkt wird, dass das Gestein unterhalb des Pfahls (6) gelöst wird und der Pfahl (6) abgesenkt wird bis...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 12 zum Erstellen eines Unterwasserfundaments eines Bauwerks sowie eine Schwenkvorrichtung gemäß Anspruch 22 als Bestandteil der Vorrichtung. Dabei wird ein Basiselement als Modulträger am Errichtungsort vorgesehen, ein Pfahl bereitgestellt, der das zu erstellende Fundament bildet oder Bestandteil des Fundaments ist, wobei der Pfahl als Hohlkörper ausgeführt ist, der Pfahl in ein Schwenkmodul eingespannt, durch Verschwenken des Schwenkmoduls aufgerichtet, bis die gewünschte Vortriebsrichtung in den Boden im Bezug auf die Horizontale erreicht wird, und der Pfahl auf den Grund des Gewässers abgesenkt.
Bei der Errichtung von Bauwerken, die ihre Fundamente auf Boden stützen, der sich unter Wasser befindet, werden diese Fundamente auf unterschiedliche Weise hergestellt, wobei sich bei einteiligen Fundamenten die Verwendung sogenannter Monopiles, also Einzelpfähle, durchgesetzt haben. Eine Alternative dazu ist das sogenannte Jacket, bei dem es sich um einen pyramidalen Baukörper handelt, der mehrere Gründungspunkte aufweist. Bei solchen Bauwerken handelt es sich beispielsweise um Windkraftanlagen oder um Brückenbauwerke.
Gemäß dem Stand der Technik werden bei Monopiles am Errichtungsort beispielsweise sogenannte Jackup Rig vorgesehen, deren Arbeitsebene mit einem Schwenkwerk versehen ist. In dieses Schwenkwerk wird der Pfahl eingespannt, aus der Horizontalen in die Vertikale umgelenkt und durch Öffnen der Klemmen auf den Meeresgrund oder durch Absenken des Jackup Riggs abgelassen. Anschließend wird der Pfahl mittels Rammwerk in den Boden getrieben.
Ein Nachteil dieses Gründungsverfahrens ist die Abhängigkeit von der lokalen Geologie. Ist der Boden mit Bestandteilen versehen, die sich als nicht rammbar erweisen, beispielsweise durch Festgestein oder durch das Vorhandensein von Lehmschichten in denen die Reibung zu stark zunimmt oder das Vorhandensein von Felsbrocken oder dergleichen, so lässt sich dieses Verfahren nicht einsetzen. Weiterhin nachteilig bei diesem Verfahren ist insbesondere in ökologisch sensitiven Bereichen, dass hohe Schallemissionen von diesem Verfahren ausgehen.
Aus der DE 195 330 14 A1 ist ein Verfahren zum Einbringen eines Pfahls in den Boden bekannt, bei dem eine Bohrvorrichtung mit Lufthebeverfahren eingesetzt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit dem sich in geologisch schwierigen Bedingungen Fundamente aus Einzelpfählen errichten lassen. Diese sollen gleichzeitig auch in ökologisch sensitiven Bereichen einsetzbar sein.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die erfidungsgemäße Aufgabe dadurch gelöst, dass der Pfahl durch eine Vorschubkraft, die über wenigstens ein am Schwenkmodul angeordnetes Vorschubelement erzeugt wird, bis zum Erreichen eines Grenzwertes einer Vorschubkraft in den Grund hineingedrückt wird, dass eine Abteufvorrichtung im Pfahl installiert wird und auf den Grund abgesenkt wird, dass das Gestein unterhalb des Pfahl gelöst wird und der Pfahl abgesenkt wird bis eine Endtiefe erreicht ist.
Durch das Vorsehen einer Abteufvorrichtung, die auf die jeweiligen Bodenbedingungen anpassbar ist, wird es möglich, Hohlpfähle als Fundamente in nicht rammbaren Böden einzusetzen. Gleichzeitig entfällt durch das aktive Absenken des Pfahls und das Lösen des Gesteins durch die Abteufvorrichtung die durch das Rammen entstehende Lärmbelästigung für die Umwelt. Durch das Vorschubelement am Schwenkmodul kann auf einfache und direkte Weise die notwendige Vorschubskraft direkt am Pfahl in Verbindung mit dem Schwenkmodul vorgesehen werden und eine zusätzliche Vorschubsvorrichtung, wie sie beispielsweise das Rammgerät darstellt, kann entfallen.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Basiselement eine Hubinsel, ein Ponton und/oder ein Schiff ist. Hierdurch ist es möglich in Abhängigkeit des Gewässers eine geeignete Basis für die Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Schwenkmodul nach Erreichen der gewünschten Neigung arretiert wird. Hierdurch wird eine höhere Genauigkeit erreicht.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Pfahl als ein Zylinder oder Quader ausgeführt ist. Diese Farmen sind hinsichtlich der Errichtung des Fundaments und dem Einbringen des Pfahls in den Boden vorteilhaft. Weiterhin ist vorgesehen, dass der Pfahl einen Innendurchmesser ab 4 m und größer aufweist, wobei Durchmesser von 11 m oder mehr errichtbar sind.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass es sich bei dem am Schwenkmodul angeordneten Vorschubelement um einen Hydraulikzylinder handelt.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eine Winde zum Heben und Senken der Abteufvorrichtung vorgesehen wird, sodass ein direktes Ansteuern der Winde hinsichtlich der Position innerhalb des Pfahls möglich ist. Besonders bevorzugt wird die Winde direkt oberhalb des Pfahls, besonders bevorzugt auf einer Plattform am oberen Ende des Pfahls, vorgesehen, sodass keine zusätzlichen Installationen auf dem Basisträger notwendig sind.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Innere des Pfahls zur Vermeidung von Grundbruch der Sohle mit Wasser gefüllt ist, und dass das Wasserspiegel im Pfahl die Höhe des Wasserspiegels des Gewässers aufweist oder hoher als dieser ist. Durch diese Maßnahme kann insbesondere bei wechselhaften Böden das Hereinquellen oder Hereinbrechen der Sohle unterhalb des Pfahls und damit die Beeinträchtigung des Abbaufortschritts verhindert werden.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass ein entstehender Überschnitt nach Abteufen verfüllt wird. Hierdurch wird eine optimale Verankerung (sofern der Überschnitt nach Absenken des Pfahls auf der Außenseite des Pfahls weiterhin Bestand hat) erreicht.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Abteufen mit der Abteufvorrichtung vollautomatisch bzw. mannlos durchgeführt wird. Hierfür bieten sich vertikale Schachtbohrmaschinen an, die bevorzugt im Teil- oder Vollschnittbetrieb operieren und mit Bohrvorrichtungen versehen sind, bei denen sich in Abhängigkeit der Geologie die Abbauwerkzeuge wie beispielsweise Meißel oder Schälmesser auswechseln und an die gegebenen Bedingungen anpassen lassen.
Hinsichtlich der Vorrichtung sieht die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe vor, dass diese mit einem Basiselement als Modulträger versehen ist, wobei am Basiselement ein Schwenkmodul angeordnet ist, mit dem der Pfahl verschwenkt werden kann, wobei am Schwenkmodul als Teil des Schwenkmoduls ein Vorschubmodul zum Absenken des Pfahls vorgesehen ist und eine Arretierung zum Arretieren des Schwenkmoduls vorgesehen ist. Weiterhin sind ein Abteufmodul, das innerhalb des Pfahls angeordnet ist und wenigstens ein Hubmodul zum Senken/Anheben des Abteufmoduls im Pfahl vorgesehen. Durch eine solche Vorrichtung lässt sich auf einfache Weise eine Anpassung auf gegebene Geologien durchführen und die Umwelteinwirkungen die Schallemission und dergleichen reduzieren.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Basiselement als Modulträger um eine Hubinsel, ein Ponton und/oder ein Schiff. Weiterhin ist vorteilhaft, dass der Pfahl als ein Zylinder oder Quader ausgeführt ist und dass der Innendurchmesser des Pfahls 4 m oder mehr aufweist, wobei Durchmesser von 11 m oder mehr technisch ausführbar sind. Weiterhin ist vorteilhaft, dass ein Vorschubelement am Schwenkmodul angeordnet ist, bei dem es sich bevorzugt um einen Hydraulikzylinder handelt, wodurch es möglich wird, kontrolliert den Pfahl im Schwenkmodul abzulassen und ihn in den Boden einzudrücken, sofern die dabei erzeugte Vorschubkraft bestimmte Parameter nicht übersteigt. Vorteilhafterweise wird das dabei anfallende im Inneren des Pfahls befindliche Lockergestein mittels Bagger und Spülpumpen ausgetragen. Zum Heben und Senken der Abteufvorrichtung ist bevorzugt auf einer Plattform, besonders bevorzugt direkt im oberen Endbereich des Pfahls, wenigstens eine Winde vorgesehen.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Abteufvorrichtung eine Teilschnitt- oder Vollschnittvorrichtung ist, die besonders bevorzugt als Schachtbohrmaschine ausgeführt ist. Bevorzugt ist diese dabei vollautomatisch bzw. mannlos während des Abteufvorgangs ausgelegt. In Abhängigkeit der Geologie werden die Werkzeuge zum lösen des Gesteins angepasst, wobei Meißel oder Schälmesser verwendet werden.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Abteufvorrichtung wenigstens eine Arretierung gegenüber der Innenwand des Pfahls aufweist, und dass sich die Abteufvorrichtung gegenüber der Arretierung mit dem Abteufwerkzeug und/oder insgesamt zur Sohle hin bewegen kann. Hierdurch werden die Rüstzeiten der Abteufvorrichtung während des Abteufvorgangs reduziert.
Als Element zur Lösung der erfinderischen Aufgabe ist eine Schwenkvorrichtung zum Verschwenken eines Pfahls bei der Erstellung eines Unterwasserfundaments vorgesehen, mit einem Trägerelement, das auf einem Basiselement der Errichtungsvorrichtung angeordnet ist, mit einem Schwenkkörper, der über ein Drehlager und wenigstens einem Vorschubelement mit dem Trägerelement verbunden ist, wobei am Schwenkkörper ein Führungselement für den Pfahl und ein Haltering mit wenigstens einem am Haltering angeordneten Haltelement zum Arretieren des Pfahls vorgesehen sind, und mit einem zweiten Haltering, damit wenigstens mit einem Halteelement zum Arretieren des Pfahls versehen ist, der mit die Schwenkvorrichtung über wenigstens ein Vorschubelement beweglich im Bezug auf diese verbunden ist.
Durch die Schwenkvorrichtung, die mit einem Vorschubelement versehen ist, und durch die Haltelemente an zwei verschiedenen Abschnitten der Schwenkvorrichtung wird es möglich, das Absenken des Pfahls im Bezug auf die Schwenkvorrichtung zu kontrollieren und gleichzeitig in Abhängigkeit der vorhandenen Geologie einen Vorschub des Pfahls in den Boden zu bewirken, wobei Lärmemissionen durch Rammen und dergleichen entfallen. Vorteilhaft bei der Schwenkvorrichtung ist, wenn es sich bei den Vorschubelemente um Hydraulikzylinder handelt. Auch das Verspannen der Halteringe kann durch Hydraulikzylinder vorgesehen werden, wobei dadurch eine Anpassung an verschiedene Durchmesser erreichbar ist. Bei dem Basiselement handelt es sich bevorzugt um eine Hubinsel, ein Ponton und/oder ein Schiff. Die Halteelemente, die bevorzugt innerhalb der Halteringe vorgesehen sind, sind bevorzugt hydraulisch angetrieben. Weiterhin ist vorteilhaft, dass der erste und zweite Haltering direkt übereinander parallel zueinander angeordnet sind und direkt über das Vorschubelement miteinander verbunden sind. Weiterhin ist vorteilhaft, dass am oberen Ende der Schwenkvorrichtung ein Führungsring vorgesehen ist, und/oder dass Führungs- und Halteringe die gleichen Querschnitte wie der Pfahl aufweisen. Besonders bevorzugt wird die Schwenkvorrichtung beim erfindungsgemäßen Verfahren und bei der erfindungsgemaßen Vorrichtung eingesetzt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 eine räumliche Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Abteufvorrichtung, und
3 eine dreidimensionale teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Auf einer Arbeitsplattform 11, die über Tragstützen 12 mit dem Meeresgrund 8 verbunden ist, ist ein Schwenkmodul 13 angeordnet. Das Schwenkmodul 13 besteht aus einem Trägerelement 14 das ein Drehlager 52 aufweist. Über das Drehlager 52 ist das Trägerelement 14 mit einem Schwenkelement 15 verbunden. Des Weiteren ist das Trägerelement 14 mit dem Schwenkelement 15 über einen Schwenkzylinder 16 verbunden, der ein Verschwenken des Schwenkelements 15 mit einem im Schwenkmodul 13 angeordneten Pfahl 6 aus der Horizontalen in die Vertikale ermöglicht. In 1 ist die Ausrichtung des Pfahls 6 vertikal. Ein Einfallen des Pfahls 6 gegenüber der Horizontalen ist ebenfalls moglich. Ist der gewünschten Aufstellwinkel gegenüber der Horizontalen erreicht, wird das Schwenkelement 15 mit dem Trägerelement 14 über eine Arretierung 22 fixiert.
Am Schwenkelement 15 ist ein Führungsring 17 am oberen Ende angeordnet. Durch den Führungsring 17 hindurch wird der Pfahl 6 in das Schwenkmodul 13 eingeführt. Des Weiteren ist am Schwenkelement 15 ein erster Haltering 18 vorgesehen, der zu Stabilisierungszwecken ebenfalls über eine Diagonaltraverse 21 mit dem Schwenkelement 15 verbunden ist. Im Haltering 18 sind Halteelemente (nicht dargestellt) angeordnet, die eine Fixierung des Pfahl 6 gegenüber dem Haltering 18 ermöglichen. Unterhalb des ersten Halterings 18 ist ein zweiter Haltering 19 vorgesehen, der über Schubzylinder 23 mit dem ersten Haltering 18 verbunden ist. Innerhalb des zweiten Halterings 19 sind ebenfalls Halteelemente 20 vorgesehen, die hydraulisch angetrieben werden und bei hydraulischer Beaufschlagung eine haltende Verbindung mit dem Pfahl 6 herstellen. Zum Absenken des Pfahls 6 durch das Schwenkmodul 13 hindurch werden die Halteelemente im ersten Haltering 18 gelöst während die Haltelemente 20 im zweiten Haltering 19 fixiert bleiben. Anschließend werden die Schubzylinder 23 hydraulisch beaufschlagt und es wird eine entsprechende Vorschubkraft in Montagerichtung vom Schwenkmodul 13 weg auf den Pfahl 6 erzeugt und dieser wird vorgeschoben bzw. in den Boden eingepresst.
Sind die Schubzylinder 23 vollständig ausgefahren, so werden die Halteelemente im ersten Haltering 18 arretiert und die Halteelemente 20 im zweiten Haltering 19 gelost und die Schubzylinder 23 wieder eingefahren, wodurch der zweite Haltering 19 wieder auf den ersten Haltering 18 zubewegt wird. Beim Ausfahren der Schubzylinder 23 und damit beim Verpressen der Pfahls 6 wird die dabei entstehende Schubkraft überwacht, damit der Pfahl 6 nicht übermäßig in den Boden 9 eingeschoben wird um Beschädigungen des Pfahls zu vermeiden. Es ist möglich, gleichzeitig den Pfahl 6 über das Schwenkmodul 13 durch die Schubzylinder 23 abzusenken, während eine im Pfahl 6 angeordnete Abteufvorrichtung 24 den Boden 9 einer Sohle 43, die unterhalb des Pfahl 6 sich befindet, abbohrt. Die Halteringe 18, 19 weisen Arretierzylinder 47 (siehe 3) auf, über die eine gewisse Durchmesseranpassung im Bezug auf den Pfahl 6 und alternativ auch ein gewisses Anpressen des Halterings auf den Pfahl 6 als alternatives Halteelement möglich wird.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Abteufvorrichtung 24. Die Abteufvorrichtung 24 ist über Winden 25, die sich auf Plattformen 26 befinden, die am oberen Ende des Pfahls 6 angeordnet sind, mit der übrigen Vorrichtung beweglich verbunden. Die Winden 25 weisen einen Windenhaken 39 auf, der in entsprechende Windenanschläge 38 an der Oberseite der Abteufvorrichtung 24 eingreift. Über die Winden 25 kann die Abteufvorrichtung 24 in vertikaler Richtung innerhalb des Pfahls 6 angehoben oder abgesenkt werden. Die Abteufvorrichtung 24 weist an ihrem oberen Ende einen Energieanschluss 40 auf, über den eine Versorgungsleitung 41 mit der Abteufvorrichtung 24 verbunden ist. Die Versorgungsleitung 41 ist mit einer Versorgungswinde 42 verbunden. Über die Versorgungsleitung wird die Energieversorgung der Abteufvorrichtung 24 bereitgestellt. Weiterhin ist auch über diese Leitung eine Abförderung des gelösten Gesteins möglich.
Die Abteufvorrichtung 24 weist eine Abteufeinheit 27 und eine Arretiereinheit 34 auf, die jeweils an einem Grundkörper angeordnet sind. Die Abteufeinheit 27 weist einen Teleskoparm 28 auf, an dessen Ende sich eine Walze 29 mit den darauf angeordneten Abbauwerkzeugen 30 befindet. Bei den Abbauwerkzeugen 30 kann es sich um Meißel oder Schälmesser handeln, wobei diese Anordnung der jeweiligen Werkzeuge 30 in Abhängigkeit der zu lösenden Gesteinsarten ausgewählt werden. Der Teleskoparm 28 weist einen Teleskopzylinder 33 auf, durch den die Walze 29 in Teleskoprichtung 51 bewegt werden kann. Weiterhin weist die Abbaueinheit 27 ein Drehwerk 31 auf. Zwischen Drehwerk 31 und Abbauarm 28 ist wenigstens ein Schwenkzylinder 32 vorgesehen, der in Verschwenkrichtung 50 ausfahrbar ist und damit ebenfalls eine Bewegung der Walze 29 ermöglicht. Das Drehwerk 31 ermöglicht ein Verschwenken der Walze 29 in Rotationsrichtung 48.
Des Weiteren weist die Abbauvorrichtung 24 eine Arretiereinheit 34 auf, die vorliegend aus vier Armen 35 besteht an dessen jeweiligen Ende ein Wandanschluss 36 mit Halteelementen 37 vorgesehen ist. Die Halteelemente greifen in die Innenwand des Pfahls 6 ein. Zwischen Halteelement 37 und Wandanschluss 36 ist ein Absenken der Abbauvorrichtung 24 in Absenkrichtung 49 möglich, wodurch die Walze 29 ebenfalls gegen das Gestein bewegt werden kann.
Zur Vermeidung eines Grundbruchs der Sohle 43 ist der Innenraum des Pfahls 6 mit Wasser gefüllt. Die Füllhöhe entspricht dabei entweder dem Wasserspiegel 7 oder dem Wasserspiegel im Pfahl 44 Ein eventuell beim Freischneiden des Sohlenbereichs zur Absenkung des Pfahls 6 entstehende Überschnitt 45 muss nach Abschluss der Absenkung des Pfahls 6 auf seine Endtiefe wieder verfüllt werden sofern nicht das anstehende Gestein den Überschnitt 45 selbsttätig verschließt.
Auf der Arbeitsplattform 11 sind weiterhin die Energieversorgungseinheiten 46 und Unterkünfte für die Mannschaften etc., Hilfsantriebe, Hauptantriebe eine eventuelle Aufbereitung einer beispielsweise aufgrund von Sollbruchgefahr zu verwendenden Bohrspulung vorgesehen.
Das Verfahren erfolgt wie folgt: Eine Hubinsel mit einer Arbeitsplattform 11 und versenkbarer Tragstützen 12 wird mit einer Schwenkvorrichtung 13 und den entsprechenden Versorgungseinheiten 46 bestückt Des Weiteren wird ein Pfahl 6 in der Horizontalen bereits in der Schwenkvorrichtung 13 angeordnet. Des Weiteren wird eine Abteufvorrichtung 24, bei der es sich um eine vertikale Schachtbohrmaschine handelt, und die dazugehörigen Winden und Antriebseinheiten auf der Hubinsel angeordnet Sollten weitere Transportkapazitäten im Sinne von weiteren Pfählen 6 notwendig sein, können diese über eine Barge oder dergleichen zur am Aufstellort montierten Hubinsel gebracht werden. Nach dem Aufrichten und Verankern der Hubinsel wird der Pfahl 6 in das Schwenkmodul 13 eingelegt und mit diesem verbunden. Anschließend wird das Schwenkmodul 13 mit dem Pfahl 6 um den Drehpunkt 52 durch den Schwenkzylinder 16 in die vertikale Position aufgerichtet, die Arretierung 22 montiert, der Pfahl 6 mit dem Schubzylinder 23 und den Haltelementen 20 im ersten Haltering 18 und zweiten Haltering 19 auf den Meeresgrund 8 abgesenkt und an den Richtungsort des Pfahls 8 positioniert. Anschließend wird solange es die Geologie zulasst bzw. das Gestein des Meeresbodens es zulasst uber die Vorschubzylinder 23 der Pfahl 6 in den Boden 9 eingepresst. Parallel wird der im Pfahlinneren befindliche Gesteinsanteil aus dem Pfahl 6 beispielsweise durch einen Bagger entfernt und entweder vor Ort zwischengelagert oder an Land gebracht zur Deponierung. Ein Zwischenlagern erfolgt dann, wenn mit diesem Material nach Absenken des Pfahls 6 auf seiner Endposition das Innere des Pfahls 6 wieder verfüllt werden soll. Wahrend des Pressens des Pfahls 6 in den Boden 9 durch die Vorschubzylinder 23 wird die Vorschubkraft uberwacht. Ubersteigt die dabei auftretende Kraft einen Grenzwert wird der Pressvorgang abgeschlossen und der maschinelle Vortrieb durch die Abteufvorrichtung 24 wird eingeleitet. Dafür werden die Winden 25 auf den Plattformen 26 am oberen Ende des Pfahls 6 montiert und die Abteufvorrichtung 24 im Form einer Vertikalschachtbohrmaschine wird an die Winden 25 über die Windenhaken 39 angeschlossen. Des Weiteren wird die Versorgungsleitung 41 über den Energieanschluss 40 mit der Abteufvorrichtung 24 verbunden. Anschießend wird die vertikale Schachtbohrmaschine auf die Sohle 43 abgelassen und über die Rotation der Walze 29 mit den Meißeln 30 das Gestein 9 im Sohlenbereich 43 gelöst. Das gelöste Gestein wird aus dem Bohrbereich abgefördert und nach einer Separation ebenfalls gelagert oder an Land deponiert. Durch Verschwenken der Walze 29 in Rotationsrichtung 48, Teleskoprichtung 51 und Verschwenkrichtung 50 erfolgt der Abbau des Gesteins 9. Gleichzeitig wird die Abteufvorrichtung 24 in Absenkrichtung 49 abgesenkt. Ist die maximale Absenkung erreicht, so wird die Abteufvorrichtung 24 über den Wandanschluss 36 arretiert und das Halteelement 37 wieder in den Wandanschluss 36 eingefahren, sodass die Absenkung wieder von vorne beginnen kann. Nach Erreichen der Endtiefe des Pfahls 6 werden die Abteufvorrichtung 24 und die Winden 25 entfernt. Gleichzeitig wird sofern notwendig der Überschnitt 45 verpresst und sofern ebenfalls notwendig das Innere des Pfahls 6 mit dem gelösten Gestein oder anderen Materialien wie Beton verfüllt. Weiterhin wird das Schwenkmodul 13 vom Pfahl 6 gelöst und wiederum in die Horizontale zurück geführt. Anschließend können die Vorbereitungsmaßnahmen zur Errichtung des Bauwerks auf dem so erzeugten Fundament vorgenommen werden.
Bezugszeichenliste

6: Pfahl
7: Wasserspiegel
8: Meeresgrund
9: Boden
10: Vorrichtung
11: Arbeitsplattform
12: Tragstütze
13: Schwenkmodul
14: Trägerelement
15: Schwenkelement
16: Schwenkzylinder
17: Führungsring
18: erster Haltering
19: zweiter Haltering
20: Halteelement
21: Diagonaltraverse
22: Arretierung
23: Schubzylinder
24: Abteufvorrichtung
25: Winde
26: Plattform
27: Abbaueinheit
28: Teleskoparm
29: Walze
30: Meißel
31: Drehwerk
32: Schwenkzylinder
33: Teleskopzylinder
34: Arretiereinheit
35: Arm
36: Wandanschluss
37: Halteelement
38: Windenanschlag
39: Windenhaken
40: Energieanschluss
41: Versorgungsleitung
42: Versorgungswinde
43: Sohle
44: Wasserspiegel im Pfahl
45: Uberschnitt
46: Energieeinheit
47: Arretierzylinder
48: Rotationsrichtung
49: Absenkrichtung
50: Schwenkrichtung
51: Teleskoprichtung
52: Drehlager

Claims

Verfahren zum Erstellen eines Unterwasserfundaments eines Bauwerks, bei dem ein Basiselement (11) als Modulträger am Errichtungsort vorgesehen wird, ein Pfahl (6) bereitgestellt wird, der das zu erstellende Fundament bildet oder Bestandteil des Fundaments ist, wobei der Pfahl (6) als Hohlkörper ausgeführt ist, der Pfahl (6) in ein Schwenkmodul (13) eingespannt wird, durch Verschwenken des Schwenkmoduls (13) aufgerichtet wird, bis die gewünschte Vortriebsrichtung in den Boden im Bezug auf die Horizontale erreicht wird, und der Pfahl (6) auf den Grund des Gewässers (8) abgesenkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Pfahl (6) durch eine Vorschubkraft, die über wenigstens ein am Schwenkmodul (13) angeordnetes Vorschubelement (23) erzeugt wird, bis zum Erreichen eines Grenzwertes einer Vorschubkraft in den Grund (8) hineingedrückt wird, dass eine Abteufvorrichtung (24) im Pfahl (6) installiert wird und auf den Grund (8) abgesenkt wird, dass das Gestein unterhalb des Pfahls (6) gelöst wird und der Pfahl (6) abgesenkt wird bis eine Endtiefe erreicht ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement (11) eine Hubinsel, ein Ponton und/oder ein Schiff ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pfahl (6) als Zylinder oder Quader ausgeführt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Pfahl (6) einen Innendurchmesser ab 4 m aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem am Schwenkmodul (13) angeordneten Vorschubelement (23) um einen Hydraulikzylinder handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Winde (25) zum Heben und Senken der Abteufvorrichtung (24) vorgesehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Innere des Pfahls (6) zur Vermeidung von Grundbruch mit Wasser gefüllt ist und dass der Wasserspiegel im Pfahl (6) die Höhe des Wasserspiegels (7) des Gewässers aufweist oder höher als dieses ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein beim Herausschneiden des Gesteins entstehender Überschnitt nach dem Abteufen verfüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abteufen mit der Abteufvorrichtung (24) vollautomatisch bzw. mannlos durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Abteufvorrichtung (24) um eine Teilschnittvorrichtung oder eine Vollschnittvorrichtung handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Lösen des Gesteins Meißel (30) oder Schälmesser verwendet werden.
Vorrichtung zum Erstellen eines Unterwasserfundaments eines Bauwerks mit einem Basiselement (11) als Modulträger, einen am Basiselement (11) angeordneten Schwenkmodul (13) für das Verschwenken eines Pfahls (6), wobei an dem Schwenkmodul (13) als Teil des Schwenkmoduls (13) ein Vorschubmodul zum Absenken des Pfahls (6) vorgesehen ist, mit einer Arretierung (22) zum Arretieren des Schwenkmoduls (13) und einer Abteufvorrichtung (24), die innerhalb des Pfahls (6) angeordnet ist und wenigstens einem Hubmodul (25) zum Anheben/Absenken der Abteufvorrichtung (24) im Pfahl (6) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement (11) eine Hubinsel, ein Ponton und/oder ein Schiff ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Pfahl (6) als ein Zylinder oder Quader ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Pfahl (6) einen Innendurchmesser ab 4 m aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass am Schwenkmodul (13) ein Vorschubelement (23) angeordnet ist, bevorzugt ein Hydraulikzylinder, durch den die Vorschubkraft für den Pfahl (6) erzeugt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Winde (25) zum Heben und Senken der Abteufvorrichtung (24) vorgesehen wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Abteufvorrichtung (24) so ausgeführt ist, dass der Abteufvorgang vollautomatisch bzw. mannlos durchführbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Abteufvorrichtung (24) um eine Teilschnittmaschine oder eine Vollschnittmaschine handelt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkzeug zum Lösen des Gesteins Meißel (30) und/oder Schälmesser vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Abteufvorrichtung (24) wenigstens eine Arretierung (34) gegenüber der Innenwand des Pfahls (6) aufweist und dass sich die Abteufvorrichtung (24) gegenüber der Arretierung (34) mit einem Abteufwerkzeug (29) und/oder insgesamt zur Sohle (43) hin bewegbar ist.
Schwenkvorrichtung zum Verschwenken eines Pfahls bei der Erstellung eines Unterwasserfundaments eines Bauwerks mit einem Trägerelement (14), das auf einem Basiselement (11) der Errichtungsvorrichtung (10) angeordnet ist, mit einem Schwenkkörper (15), der über ein Drehlager (52) und wenigstens ein Vorschubelement (16) mit dem Trägerelement (14) verbunden ist, wobei am Schwenkkörper (15) ein Führungselement (17) für den Pfahl (6) und ein Haltering (18) mit wenigstens einem am Haltering (18) angeordneten Halteelement (20) zum Arretieren des Pfahls (6) vorgesehen sind und mit einem zweiten Haltering (19), der mit wenigstens einem Halteelement zum Arretieren des Pfahls (6) versehen ist, der mit der Schwenkvorrichtung (13) über wenigstens ein Vorschubelement (23) zur Erzeugung einer Vorschubkraft beweglich im Bezug auf die Schwenkvorrichtung (13) verbunden ist.
Schwenkvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorschubelement (23) ein Hydraulikzylinder ist.
Schwenkvorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement (11) eine Hubinsel, ein Ponton und/oder ein Schiff ist.
Schwenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (20) hydraulisch angetrieben ist.
Schwenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Haltering (18) und der zweite Haltering (19) direkt übereinander angeordnet sind und mit wenigstens einem Vorschubelement (23) verbunden sind.
Schwenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungs- und Halteringe (17, 18, 19) die gleiche Querschnittsform wie der Pfahl (6) aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Schwenkmodul (13) um eine Schwenkvorrichtung nach einem der Patentansprüche 22 bis 27 handelt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Schwenkmodul (13) um eine Schwenkvorrichtung nach einem der Patentansprüche 22 bis 27 handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Bauwerk um eine Windkraftanlage und/oder eine Brücke handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, 28 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenkmodul (13) nach Erreichen einer gewünschten Neigung arretiert wird.