-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einbau eines Schwerkraftfundaments für eine Offshore-Anlage, insbesondere eine Windenergieanlage nach Patentanspruch 1, Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 8 bzw. 10.
-
In der älteren Patentanmeldung
DE 10 2010 032 259.8 wird ein Verfahren zum Einbau eines Schwerkraftfundaments für eine Offshore-Anlage, insbesondere eine Windenergieanlage, beschrieben. Bei dem vorbeschriebenen Verfahren wird keine Baugrube auf dem Meeresboden erstellt, in die der Fundamentkörper abgesetzt wird, vielmehr wird der Fundamentkörper unmittelbar auf den Meeresboden abgesetzt. Der Boden unter dem Fundamentkörper wird fluidisiert und abgesaugt. Das Fluidisieren und Absaugen erfolgt gesteuert derart, dass der Fundamentkörper unter Beibehaltung seiner horizontalen Ausrichtung teilweise oder vollständig in den Meeresboden einsinkt. Mit dem vorbeschriebenen Verfahren werden erhebliche Vorteile erzielt. Es werden keine nennenswerten Baggermengen und Bodenumlagerungen erforderlich. Der abgesaugte Sand kann in Kammern des Fundamentkörpers eingefüllt werden und zur Ballastierung dienen. Das Versenken des Fundamentkörpers im Meeresboden erhöht die Stabilität einer Windenergieanlage bei Belastungen durch Strömungen, Wellen und Wind. Das erfindungsgemäße Verfahren ist umweltschonend, da es keine Erschütterungen oder Lärm erzeugt, wie sie bei anderen Gründungskonzepten unvermeidbar sind. Ein in den Meeresboden abgesenkter Fundamentkörper hat schließlich den Vorteil, dass Verkolkungen vermieden werden, insbesondere, wenn der Fundamentkörper ringförmig von einem mehr oder weniger flexiblen, mattenförmigen Kolkschutz umgeben wird.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Einbau eines Schwerkraftfundaments für eine Offshore-Anlage, insbesondere eine Windenergieanlage, anzugeben, bei dem vermieden wird, dass der Fundamentkörper nach dem Einsenken in den Meeresboden durch Setzungen anschließend in eine Schieflage gerät.
-
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
-
Wie bei denn beschriebenen Verfahren wird der Meeresboden unter dem Fundamentkörper fluidisiert und abgesaugt. Das Fluidisieren und Absaugen erfolgt gesteuert derart, dass der Fundamentkörper unter Beibehaltung seiner Horizontalausrichtung und Vertikalität des Fundamentschaftes teilweise oder vollständig in den Meeresboden einsinkt. Anschließend wird unter Bereichen der Sohle des Fundamentkörpers Beton eingepresst oder eine Kiesschicht eingebracht und verdichtet. Vorzugsweise erfolgt das Einpressen des Betons bzw. das Einbringen und Verdichten des Kieses über Durchgänge im Fundamentkörper in dem Bereich der Sohle, in der eine verfestigte Schicht eingebaut wird. Es versteht sich, dass eine Mehrzahl von Durchgängen vorgesehen ist, um eine ausreichend große, verdichtete Standfläche für den Fundamentkörper zu erzeugen. Das Einbringen und Verdichten des Kieses erfolgt mit Hilfe sog. Schleusenrüttler. Schleusenrüttler sind an sich bekannt. Sie dringen in den Meeresboden ein und verdrängen ihn seitlich und verdichten ihn gleichzeitig. Zugabematerial, hier Kies, füllt unter vorzugsweise Druckluft den entstandenen Hohlraum auf. Der Rüttler wird in ständigem Wechsel um eine festgelegte Strecke gezogen und wieder vortreiben gelassen. Das Zugabematerial wird dabei zusätzlich gestopft, d. h. verdichtet. Es wird ständig nachgeführt. Mit Hilfe eines derartigen Verfahrens lasst sich ein bestimmter Flächenbereich unter der Sohle des Fundamentkörpers ausreichend verdichten, sodass spätere Setzungen nicht auftreten. Besonders vorteilhaft ist, wenn der Schleusenrüttler so ausgebildet ist, dass sein Kopf auch seitlich umgelenkt werden kann, um den verdichteten Bereich zu vergrößern.
-
Für das Einpressen des Betons, der durch Additive gut fließfähig und/oder schnell abbindefähig gemacht werden kann, werden Betonpumpen benötigt, deren Druckseite mit dem Bereich der Sohle des Fundamentkörpers verbindbar ist.
-
Die erwähnten Durchgänge im Fundamentkörper können naturgemäß auch dazu verwendet werden, über diese Strahl- und Saugpumpenanordnungen im Bereich der Sohle wirken zu lassen, um den Boden zu fluidisieren und abzusaugen. Hierfür können Anordnungen verwendet werden, mit denen gleichzeitig sowohl ein Fluidisieren als auch Absaugen möglich ist. Derartige Anordnungen werden auch als DOP-Pumpen bezeichnet. Ihr Kopf ist so ausgebildet, dass Austrittsdüsen für die Druckstrahlen und Eintrittsöffnungen für Sand vorgesehen sind. Nach Beendigung des Betriebs werden die Strahl- und Saugpumpen entfernt, wonach anschließend die Schleusenrüttler in Position gebracht werden.
-
Zur Positionierung der Strahl- und Saugpumpen sowie der Schleusenrüttler oder der Betonpumpen sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass Arbeitsrohre in die Durchgänge eingeführt werden. Die Durchgänge werden zweckmäßigerweise bereits bei Herstellung des Fundamentkörpers, beispielsweise aus Beton oder Stahl, vorgefertigt. Nach dem vollständigen Einbau des Fundamentkörpers können die Arbeitsrohre aus den Durchgängen entfernt werden. Alternativ können die Arbeitsrohre an der Oberseite der Fundamentskörper, ausgerichtet zu den Durchgängen, an diesem fixiert werden.
-
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht eine Arbeitsbühne vor, beispielsweise eine Plattform, die an dem Schaft des Fundamentkörpers angebracht, vorzugsweise auf das obere Ende aufgesetzt wird. Es versteht sich, dass die Anbringung dieser Arbeitsbühne lösbar ist. An der Arbeitsbühne können die Arbeitsrohre angehängt und zu den Durchgängen des Fundamentkörpers abgelassen werden. Es versteht sich, dass die Halterungen für die Arbeitsrohre an der Arbeitsbühne zu den Durchgängen im Fundamentkörper ausgerichtet bzw. ausrichtbar sind. Vorzugsweise sind die Arbeitsrohre positioniert, bevor das Fundament auf dem Meeresboden abgesetzt und eingespült wird.
-
Es ist bereits bekannt, den Schaft eines Fundaments für eine Windenergieanlage als Gittermast zu formen. In diesem Zusammenhang sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass über die Länge des Schaftes durchgehende Rohre vorgesehen sind, die mit dem Fundamentkörper verbunden werden und zu den Durchgängen ausgerichtet sind. In diesem Fall können Stützrohre des Gittermastes als Arbeitsrohre für das Einspülen des Fundamentkörpers und das Verdichten der Kiesschicht bzw. das Einpressen des Betons verwendet werden.
-
Die bei der Erfindung vorgesehene zusätzliche Einbringung bzw. Verdichtung von Material unterhalb der Sohle des Fundamentkörpers lässt sich mit einfachen Mitteln realisieren, die zum größten Teil bereits durch die Vorkehrungen zum Einspülen des Fundamentkörpers bereitgestellt sind. Die Verpressung von Beton oder Verdichtung des Bodens unterhalb des Fundamentkörpers durch verdichteten Kies sorgt für eine ausreichende Standfestigkeit des Fundamentkörpers über einen langen Zeitraum.
-
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert werden.
-
1 zeigt schematisch einen Fundamentkörper in Kreuzform mit aufgenommenen Arbeitsrohren.
-
2 zeigt perspektivisch schematisch einen kreisförmigen Fundamentkörper mit Arbeitsrohren.
-
3 zeigt die Seitenansicht eines in den Meeresboden eingespülten Fundamentkörpers nach 2 und einen Schwimmkörper.
-
4 zeigt perspektivisch eine Pumpenanordnung zum Fluidisieren und Absaugen von Bodenmaterial.
-
5 zeigt schematisch das Einbringen und Verdichten von Kies unter die Sohle eines Fundamentkörpers.
-
6 zeigt eine ähnliche Ansicht wie in 5 nach beendeter Verdichtung.
-
7 zeigt zwei Ansichten eines Schleusenrüttlers.
-
8 zeigt die Wirkungsweise von Pumpenanordnungen gemäß 4 für einen kreuzförmigen Fundamentkörper.
-
9 zeigt den Fundamentkörper nach 8 nach dem Verdichten gemäß 5 und 6.
-
1 zeigt einen kreuzförmigen Fundamentkörper 10 mit einem mittigen, vertikalen Schaft 12 vom kreisförmigen Querschnitt. An den Enden der Arme des kreuzförmigen Fundamentkörpers 10 sind verbreiterte Aufstandsflächen 14 gebildet. Die Arme des kreuzförmigen Fundamentkörpers weisen vertikale Durchgänge auf, in welchen vertikale Arbeitsrohre 16 eingeführt sind. Man erkennt, dass auch in den verbreiterten Bereichen 14 Arbeitsrohre 16 eingeführt sind. Auf die Funktion der Arbeitsrohre 16 wird noch weiter unten eingegangen.
-
In 2 ist ein kreisförmiger scheibenförmiger Fundamentkörper 20 dargestellt mit einem Schaft, der dem Schaft nach 1 gleicht, daher ist er mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. In vertikale Durchgänge 22 des Fundamentkörpers 20 sind wiederum Arbeitsrohre 16 eingeführt. Sie erstrecken sich bis zur Sohle des Fundamentkörpers, was jedoch nicht dargestellt ist. Die Fundamentkörper 10 und 20 können aus Beton oder Stahl aufgebaut sein.
-
In 3 ist ein Schwimmkörper 30 dargestellt, der über Stützpfähle 32, die höhenverstellbar im Schwimmkörper 30 geführt sind, auf dem Meeresboden abgestützt ist. Das Niveau des Meeresbodens ist bei 34 zu erkennen. Der Schwimmkörper 30 besitzt eine Arbeitsplattform 36, die über Stützen 38 am Schwimmkörper 30 abgestützt ist und viele Meter oberhalb des oberen Decks des Schwimmkörpers 30 liegt. Auf dem Schwimmkörper 30 ist ein Kran 40 angeordnet mit einem Ausleger 42, an dem ein Schlitten 44 oder dergleichen verfahrbar ist und Aufhängemittel 46 aufweist. Mit Hilfe des Krans 40 ist eine Arbeitsplattform 48 auf das obere Ende des Schaftes abgesenkt. Dies geschieht bereits vor dem Absenken des Fundamentkörpers 20 in den Meeresboden, wie dies in 3 dargestellt ist. Die Plattform 48, an der die Arbeitsrohre 46 angehängt sind, kann auch bereits an Land mit dem Schaft 12 verbunden sein, sodass die gesamte Anordnung später zu dem Aufstellort transportiert wird. Wie erkennbar, erstrecken sich die Arbeitsrohre 16 durch entsprechende vertikale Durchgänge im Fundamentkörper 20. Die Arbeitsrohre nehmen zunächst Strahl- und Saugpumpen auf, um den Boden unterhalb des Fundamentkörpers zu fluidisieren und abzusaugen, sodass der Fundamentkörper 20 allmählich in den Meeresboden einsinkt bis zu einer Tiefe, wie sie z. B. in 3 dargestellt ist. Bevor dieses geschehen kann, ist naturgemäß erforderlich, den Fundamentkörper 20 geführt auf die Oberfläche 34 des Meeresbodens abzusetzen. Dies kann mit Hilfe des gezeigten Krans 40 erfolgen.
-
Hat der Fundamentkörper 20 seine Endtiefe erreicht, werden die Pumpen aus den Arbeitsrohren 16 herausgezogen, und über die Arbeitsrohre werden Schleusenrüttler eingeführt, um den Boden unterhalb des Fundamentkörpers 20 zu verdichten. Dies wird weiter unten noch detaillierter beschrieben. Alternativ wird Beton unter die Sohle des Fundamentkörpers gepresst. Danach wird die Plattform 48, die auch als Arbeitsbühne dient, vom Kran nach oben gezogen zusammen mit den Arbeitsrohren. Anschließend wird um den Schaft eine Kolkschutzmatte 50 herumgelegt, die – wie in 3 gezeigt – auf der Arbeitsplattform 36 abgelegt und durch ein Gerüst 52 gestützt ist. Die ringförmige Kolkschutzmatte 50 wird über den Schaft 12 geschoben und nach unten gelassen, sodass sie anschließend den Rand des Fundamentkörpers 20 umgibt, und mit dem äußeren Randbereich auf dem Meeresboden aufliegt, um die Bildung von Kolkungen zu verhindern.
-
In 4 ist ein Kopf 60 einer Pumpenanordnung dargestellt, mit deren Hilfe ein Fluidisieren und Absaugen von Boden unterhalb der Sohle des Fundaments 20 bzw. 10 (1) durchgeführt werden kann. Man erkennt, dass ein erstes Rohr 62 und ein zweites Rohr 64, die mit Saugpumpe bzw. Druckpumpe verbunden sind, parallel angeordnet sind. Sie werden durch die bereits beschriebenen Arbeitsrohre 16 hindurchgeführt, in denen auch die Pumpen angeordnet sind. Das Rohr 64 ist mit einem Ringrohr 66 verbunden, das seinerseits annähernd horizontale, nach außen gerichtete Strahldüsen 68 aufweist. Aus diesen tritt ein Wasserstrahl unter Druck aus, wie bei 70 angedeutet. Unterhalb des Ringrohrs 66 ist ein zylindrischer Ansatz 72 zu erkennen, mit radialen Schlitzen 74, über welche ein Absaugen des Meeresbodens erfolgt. Auch unterhalb des Ansatzes 72 befinden sich Öffnungen zum Ansaugen von Meeresboden.
-
In den 5 und 6 ist der Fundamentkörper 20 nur teilweise dargestellt. Wie in 3 gezeigt, ist er im Gegensatz zu 2 nicht zylindrisch scheibenförmig, sondern konisch. Innerhalb des Fundamentkörpers 20 befinden sich Kammern 80, in die der mit Hilfe der Pumpenanordnungen abgesaugte Sand eingespült werden kann. Zu diesem Zweck weist ein Arbeitsrohr 18a in den 5 und 6 im Bereich der Kammern 80 Öffnungen 82 auf, um ein Einspülen von Sand zu ermöglichen. Es ist naturgemäß auch möglich, Sand in den Schaft 12 (3) einzuspülen. Dies soll nicht im Einzelnen weiter erörtert werden.
-
Alternativ wird statt Kies Beton über die Rohre 18 eingepresst, um eine verfestigte Ringschicht unter der Sohle zu bilden, vergleichbar der Schicht 102. Der mit der Betonpumpe verbundene Schlauch, der mit der Druckseite der Pumpe verbunden ist, kann durch das Rohr 18 geführt werden, wobei die Pumpe selbst auch im oberen Bereich des Rohrs 18 positioniert werden kann.
-
In 8 ist noch einmal der kreuzförmige Fundamentkörper 10 dargestellt. Man erkennt außerdem die vertikalen Durchgänge 14. Durch die Kreise 90 ist der Wirkungsbereich der Pumpen beim Einspülen des Fundamentkörpers 10 in den Meeresboden angedeutet.
-
Auch bei der Ausführung nach 8 kann alternativ Beton unter die Armenden des Fundamentkörpers gepresst werden, wie oben beschrieben.
-
Nach dem Einspülen des Fundamentkörpers 20 gemäß den 3, 5 und 6 werden über die Arbeitsrohre 18 im äußeren Bereich des Fundamentkörpers 20 Schleusenrüttler eingeführt, wie bei 94 in 5 zu erkennen. Ein solcher Schleusenrüttler 94 ist schematisch in 7 dargestellt. Er hat an seinem unteren Ende Klappen 96, die gezielt geöffnet und geschlossen werden können. Füllmaterial wird von oben in den Schleusenrüttler 96 eingefüllt, der durch Rüttelbewegungen in den Boden einarbeitet wird und eine Verdichtung bewirkt. Der gebildete Hohlraum wird mit Füllmaterial aufgefüllt, hier mit Kies. Dies ist bei 98 in der rechten Darstellung von 7 angedeutet. Die Funktion eines Schleusenrüttlers soll nicht im Einzelnen beschrieben werden, da sie an sich bekannt ist. Es sei noch erwähnt, dass es generell möglich ist, den unteren Bereich des Schleusenrüttlers 94 gegenüber dem Zuführrohr umzulenken, um nicht nur vertikal einzuwirken, sondern auch schräg seitlich, um den verdichteten Bereich zu vergrößern. In 5 ist gezeigt, wie durch Eintrag von Kies und Verdichtung ein beginnender verdichteter Bereich 100 hergestellt wird. Bei der Darstellung nach 6 ist der Schleusenrüttler 94 bereits entfernt, und es befindet sich in dem Bereich unter der Sohle des Fundamentkörpers 40 ein verdichteter Bereich 102, wobei sich Kiesmaterial 104 auch im Arbeitsrohr 18 befindet. Wird das Arbeitsrohr 18 entfernt, ist erforderlich, den Kies 104 oberhalb der Oberseite des Fundamentkörpers 20 zu entfernen.
-
Durch das beschriebene Verfahren wird eine ringförmige Fläche unterhalb des Fundamentkörpers 20 mit einer verdichteten Kiesschicht unterfüttert, wodurch eine sichere Aufstandsfläche für den Fundamentkörper gebildet ist.
-
Während in 8 der Wirkungsbereich für das Fluidisieren und Absaugen dargestellt ist, ist in 9 angedeutet, dass lediglich Bereiche unterhalb des Fundamentkörpers 10 mit einer verdichteten Kiesschicht oder einer Betonschicht versehen sind. Die Kiesschicht ist bei 106 angedeutet. Lediglich im Bereich der Enden der Arme des kreuzförmigen Fundamentkörpers bzw. unterhalb der verbreiterten Bereiche 14 befindet sich die verdichtete Kiesschicht 106, um eine Stabilisierung des Fundamentkörpers nach dem Einspülen in den Meeresboden zu gewährleisten.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
