DE102019130703A1

DE102019130703A1 - Gründungsstruktur für eine Offshore-Vorrichtung

Info

Publication number: DE102019130703A1
Application number: DE102019130703.1A
Authority: DE
Inventors: Auf Teilnichtnennung Antrag; Daniel Bartminn; Claus Linnemann
Original assignee: RWE Renewables GmbH
Current assignee: Rwe Offshore Wind De GmbH
Priority date: 2019-11-14
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2021-05-20
Also published as: WO2021094339A1

Abstract

Die Anmeldung betrifft eine Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600) für eine Offshore-Vorrichtung, insbesondere eine Offshore-Windenergievorrichtung, umfassend einen sich in einem Installationszustand der Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600) oberhalb des Bodens (114, 214, 314, 714) erstreckenden Turmabschnitt (102, 202, 302), einen sich an den Turmabschnitt (102, 202, 302) anschließenden und sich in dem Installationszustand in dem Boden (114, 214, 314, 714) erstreckenden Ankerabschnitt (104, 204), wobei der Ankerabschnitt (104, 204) einen Verbindungsbereich (106, 206, 306, 606) aufweist, der sich an den Turmabschnitt (102, 202, 302) anschließt, der Ankerabschnitt (104, 204) einen Verankerungsbereich (108, 208, 308) aufweist, der sich an den Verbindungsbereich (106, 206, 306, 606) anschließt, wobei eine Querschnittsfläche (120) des Verankerungsbereichs (108, 208, 308) kleiner ist als eine Querschnittsfläche (118, 218, 618) des Verbindungsbereichs (106, 206, 306, 606).

Description

Die Anmeldung betrifft eine Gründungsstruktur, insbesondere für eine Offshore-Vorrichtung, insbesondere bevorzugt eine Offshore-Windenergievorrichtung, umfassend einen sich in einem Installationszustand der Gründungsstruktur oberhalb eines (Gewässer-)Bodens erstreckenden Turmabschnitt und einen sich an den Turmabschnitt anschließenden und sich in dem Installationszustand in dem Boden erstreckenden Ankerabschnitt. Darüber hinaus betrifft die Anmeldung Verfahren zum Herstellen einer Gründungstruktur.
Vermehrt werden, insbesondere im Meer, Offshore-Bauwerke bzw. Offshore-Vorrichtungen errichtet. So werden zur elektrischen Energieerzeugung bzw. zur Bereitstellung elektrischer Energie aus so genannten erneuerbaren Energiequellen beispielsweise Offshore-Windparks mit einer Vielzahl von Offshore-Windenergievorrichtungen installiert. Offshore-Standorte zeichnen sich üblicherweise durch relativ kontinuierliche Windbedingungen und hohe durchschnittliche Windgeschwindigkeiten aus, so dass vermehrt so genannte Offshore-Windparks errichtet werden.
In der Regel weist ein Offshore-Windpark eine Vielzahl an Offshore-Windenergievorrichtungen auf, wie eine Vielzahl von Offshore-Windkraftanlagen, Messmasten und/oder mindestens eine Offshore-Substation, über die der Offshore-Windpark elektrisch beispielsweise mit einer Onshore-Substation oder einer weiteren Offshore-Substation bzw. Offshore-Konverterstation verbunden sein kann. Eine Onshore-Substation wiederum kann mit einem öffentlichen Stromnetz verbunden sein. Eine Offshore-Windkraftanlage ist zum Wandeln der kinetischen Windenergie in elektrische Energie eingerichtet. Zum Übertragen der erzeugten elektrischen Energie zwischen zwei Offshore-Windenergievorrichtungen oder einer Offshore-Windenergievorrichtung und einer Onshore-Vorrichtung werden Energiekabel in Form von Seekabeln verlegt.
Bei Offshore-Windparks, aber auch bei anderen Offshore-Vorrichtungen, ist es üblich, Offshore-Vorrichtung durch eine Gründungsstruktur (z.B. Monopile-, Tripod-, Tripile- oder Jacket-Gründungen) auf bzw. in dem Gewässerboden, insbesondere einem Meeresboden, direkt zu verankern.
Eine Gründungsstruktur umfasst insbesondere einen Turmabschnitt und einen Ankerabschnitt (insbesondere pro Pfahl einer Gründungsstruktur). Der Turmabschnitt erstreckt sich (im Wesentlichen) von dem Gewässerboden nach oben und wird insbesondere zumindest teilweise durch einen Turm (und/oder Turmelement eines Turms) gebildet. An dem aus dem Wasser ragenden Ende des Turms kann insbesondere eine Offshore-Einrichtung, wie eine Plattform, eine Gondel etc. angeordnet sein. Turm und Offshore-Einrichtung können insbesondere die Offshore-Vorrichtung bilden.
An das andere Ende des Turmabschnitts schließt sich der Ankerabschnitt an. Insbesondere erstreckt sich beim Stand der Technik der Ankerabschnitt von dem Gewässerboden(-oberfläche) nach unten. Hierbei kann der Ankerabschnitt zumindest teilweise durch einen Ankerpfahl gebildet sein, dessen (horizontale) Querschnittsfläche entlang des gesamten Ankerabschnitts konstant bleibt. Anders ausgedrückt wird ab dem Gewässerboden der Pfahldurchmesser nach dem Stand der Technik konstant gehalten.
Nachteilig an derartigen Gründungstrukturen sind der hohe Materialbedarf, insbesondere an Stahl, der für die Herstellung und Konstruktion einer Gründungsstruktur erforderlich sind, und die damit einhergehenden Kosten.
Daher liegt der Anmeldung die Aufgabe zugrunde, eine Gründungsstruktur, insbesondere für eine Offshore-Vorrichtung, insbesondere bevorzugt eine Offshore-Windenergievorrichtung, bereitzustellen, welche mit weniger Materialeinsatz und insbesondere kostengünstiger hergestellt werden kann.
Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Anmeldung gelöst durch eine Gründungstruktur, insbesondere für eine Offshore-Vorrichtung, insbesondere bevorzugt eine Offshore-Windenergievorrichtung, nach Anspruch 1. Die Gründungsstruktur umfasst einen sich in einem Installationszustand der Gründungsstruktur oberhalb eines Bodens erstreckenden Turmabschnitt. Die Gründungsstruktur umfasst einen sich an den Turmabschnitt anschließenden und sich in dem Installationszustand in dem Boden erstreckenden Ankerabschnitt. Der Ankerabschnitt weist einen Verbindungsbereich auf, der sich an den Turmabschnitt anschließt. Der Ankerabschnitt weist einen Verankerungsbereich auf, der sich an den Verbindungsbereich anschließt. Eine Querschnittsfläche des Verankerungsbereichs ist kleiner als eine Querschnittsfläche des Verbindungsbereichs.
Indem im Gegensatz zum Stand der Technik eine Gründungsstruktur mit einem Ankerabschnitt bereitgestellt wird, bei dem die (horizontale) Querschnittsfläche sich in vertikaler Richtung von dem (Gewässer-)Boden aus gesehen reduziert, wird eine Gründungstruktur für eine Onshore-Vorrichtung (wie eine Onshore-Windenergievorrichtung), insbesondere jedoch für Offshore-Vorrichtung bereitgestellt, insbesondere eine Offshore-Windenergievorrichtung, welche mit weniger Materialeinsatz und insbesondere kostengünstiger herstellbar ist. Insbesondere ist anmeldungsgemäß erkannt worden, dass beim Stand der Technik mit zunehmender Einbindetiefe in dem (Gewässer-)Boden das Material (insbesondere der Stahl) eines Ankerpfahles nicht optimal ausgenutzt wird, da die einwirkenden Momente für die interne Bemessung der Pfahlstruktur mit zunehmender Einbindelänge bzw. -tiefe abnehmen. Die Wandstärken der Hohlpfähle müssen aber aus Gründen der Beulstabilität gewisse Mindestwandstärken aufweisen. Indem jedoch die (horizontale) Querschnittsfläche, insbesondere der Durchmesser eines Pfahls, (mit zunehmender Einbindetiefe) reduziert wird (zumindest einmal), wird bei einer Gründungstruktur die Stahlmenge reduziert, ohne dass die Beulstabilität der Gründungstruktur reduziert wird.
Die Gründungsstruktur ist vorzugsweise für eine Offshore-Vorrichtung geeignet. Jedoch kann die anmeldungsgemäße Gründungsstruktur auch bei einer Onshore-Vorrichtung, wie eine Onshore- Windenergievorrichtung, verwendet werden. Insbesondere wird nachfolgend die Anmeldung im Wesentlichen anhand einer Offshore-Vorrichtung (und einem Gewässerboden) erläutert. Die Ausführungen lassen sich jedoch auf eine Onshore-Vorrichtung (und einen Boden) übertragen.
Eine Offshore-Vorrichtung bzw. ein Offshore-Bauwerk ist vorzugsweise eine Offshore-Windenergievorrichtung, wie eine Offshore-Windkraftanlage, ein Offshore-Messmast oder eine Offshore-Substation. Ferner kann eine Offshore-Vorrichtung eine Bohr- oder Förderplattform sein. Eine Offshore-Vorrichtung kann eine Offshore-Einrichtung umfassen, die durch eine Gründungsstruktur im Gewässerboden, insbesondere ein Meeresboden, befestigt sein kann. Eine Offshore-Vorrichtung kann insbesondere durch die Offshore-Einrichtung (z.B. eine Plattform, eine Gondel etc.) und der Gründungsstruktur gebildet sein. Eine häufig eingesetzte Gründungsstruktur ist ein so genanntes Monopile, aber auch ein Tripod, Tripile etc.
Eine anmeldungsgemäße Gründungstruktur umfasst (genau) zwei Abschnitte, wobei sich in einem Installationszustand der Gründungsstruktur, also wenn die Gründungsstruktur an dem Installationsort in dem Gewässerboden (oder bei einer Onshore-Vorrichtung in dem Boden) montiert ist, ein Abschnitt, nämlich der Turmabschnitt (insbesondere in Form eines rohrförmigen Körpers), oberhalb des Gewässerbodens (bzw. Bodens) und ein Abschnitt, nämlich der Ankerabschnitt, in dem Gewässerboden (bzw. Boden) angeordnet ist. Ein Turm kann im Wesentlichen den Turmabschnitt bilden, wobei der Turm durch den Ankerabschnitt im Gewässerboden, insbesondere einem Meeresboden, gehalten wird.
Anmeldungsgemäß umfasst der Ankerabschnitt zwei Bereiche. Ein erster Bereich ist ein Verbindungsbereich, der sich unmittelbar an den Turmabschnitt anschließt. Der Verbindungsbereich kann insbesondere dadurch definiert sein, dass die (horizontale) Querschnittsfläche (insbesondere ein Durchmesser) über die gesamte Länge (entspricht der Erstreckung in einer vertikalen Richtung in dem Installationszustand) konstant bleibt und sich der Verbindungsbereich insbesondere unmittelbar an den Turmabschnitt anschließt. Vorzugsweise entspricht die (horizontale) Querschnittsfläche des Verbindungsbereichs der (horizontalen) Querschnittsfläche des Turmabschnitts auf Höhe des Gewässerbodens.
An den Verbindungsbereich schließt sich ein zweiter Bereich (unmittelbar) an, nämlich der Verankerungsbereich. Der Verankerungsbereich weist anmeldungsgemäß eine (horizontale) (Gesamt-)Querschnittsfläche auf, die kleiner ist als die (horizontale) Querschnittsfläche des Verbindungsbereichs. Anders ausgedrückt muss eine Querschnittsfläche des Ankerabschnitts in einer von dem Gewässerbodenoberfläche beabstandeten Tiefe kleiner sein im Vergleich zu der Querschnittsfläche des Ankerabschnitts in Höhe der Gewässerbodenoberfläche.
Eine Querschnittsfläche meint in der vorliegenden Anmeldung insbesondere die horizontale durch die äußere Umfangskante bzw. Außenwand einer umlaufenden Wand umschlossene Fläche (und insbesondere nicht die durch die innere Umfangskante bzw. Innenwand einer umlaufenden Wand umschlossene Fläche). Insbesondere kommt es nicht auf die Dicke der Wand an.
Bei einer Ausführungsform kann die die (horizontale) Querschnittsfläche (insbesondere ein Durchmesser) des Verankerungsbereichs über die gesamte Länge des Verankerungsbereichs (entspricht der Erstreckung in einer vertikalen Richtung in dem Installationszustand) konstant bleiben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die (horizontale) Querschnittsfläche (insbesondere ein Durchmesser) über die gesamte Länge des Verankerungsbereichs (entspricht der Erstreckung in einer vertikalen Richtung in dem Installationszustand) stufenweise (zwei oder mehr Stufen) reduziert werden (in eine vertikale Richtung von den (Gewässer-)Bodenoberfläche weg gesehen, also mit größer werdender Einbindetiefe).
Gemäß einer ersten Ausführungsform der anmeldungsgemäßen Gründungsstruktur kann der Verankerungsbereich durch (genau) einen Ankerpfahl gebildet sein (bei einem Monopile), der sich insbesondere mit seiner überwiegenden vertikalen Erstreckung im Boden befindet. Der Turmabschnitt und der Verbindungsbereich können durch einen Turm (oder einem oder mehreren verbundenen Turmelementen) gebildet sein. Dies meint insbesondere, dass die Außenwand des Verbindungsbereichs durch den Turm bzw. dessen umlaufende Wand gebildet sein kann.
Eine Querschnittsfläche des Ankerpfahls (welche der oben genannten Querschnittsfläche des Verankerungsbereichs entspricht) kann kleiner sein als eine Querschnittsfläche des Turms (welche der oben genannten Querschnittsfläche des Verbindungsbereichs entspricht) in dem Verbindungsbereich. Insbesondere kann der Durchmesser des Ankerpfahls kleiner sein als der Durchmesser des Turms im Bereich des Verbindungsbereichs. Der Durchmesser meint insbesondere den Abstand zwischen gegenüberliegenden Außenwänden des Turms bzw. eines Pfahls (nicht der Innenwände). So kann der Turmdurchmesser im Verbindungsbereich über die gesamte Länge des Verbindungsbereichs konstant sein und/oder der Ankerpfahldurchmesser kann über die gesamte Länge des Ankerpfahls konstant sein, wobei der Ankerpfahldurchmesser kleiner ist als der Turmdurchmesser.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der anmeldungsgemäßen Gründungsstruktur kann der Verankerungsbereich durch eine Mehrzahl von parallel verlaufenden Ankerpfählen gebildet sein (bei einem Monopile). Vorzugsweise können zumindest drei Ankerpfähle, beispielsweise fünf Ankerpfähle, vorgesehen sein. Wie bereits beschrieben wurde, können der Turmabschnitt und der Verbindungsbereich durch einen Turm gebildet sein. Eine Gesamtquerschnittsfläche der Mehrzahl der Ankerpfähle (welche der oben genannten Querschnittsfläche des Verankerungsbereichs entspricht) kann kleiner sein als eine Querschnittsfläche des Turms (welche der oben genannten Querschnittsfläche des Verbindungsbereichs entspricht) in dem Verbindungsbereich. Die Gesamtquerschnittsfläche ergibt sich aus der Summe der Einzelquerschnittsflächen.
Eine Mehrzahl von Ankerpfählen kann aufgrund einer nicht-kreisförmigen Form eine höhere Rotationssteifigkeit aufweisen, als ein einzelner rohrförmiger Pfahl.
Zumindest zwei der Mehrzahl von parallel verlaufenden Ankerpfählen können insbesondere in einem direkten Kontakt zu einander stehen. Durch die Verwendung einer Mehrzahl von Ankerpfählen mit jeweils deutlich geringeren Querschnitten (verglichen mit dem Turmquerschnitt im Verbindungsbereich) kann der Materialverbrauch insgesamt verringert und die Stabilität gleichzeitig verbessert werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die zumindest zwei Ankerpfähle beabstandet zueinander angeordnet sind. Insbesondere kann, in einer Draufsicht gesehen, vorgesehen sein, dass die Ankerpfähle zumindest teilweise über die Querschnittsfläche des Verbindungsabschnitts hinausragen.
Insbesondere ist anmeldungsgemäß festgestellt worden, dass bei hinreichend steifen Bodenverhältnissen die Einzelpfähle als Pfahlgruppe mit einer größeren Gesamtsteifigkeit wirken, als die Summe der Einzelsteifigkeiten offenbaren würde.
Zudem sind die Herstellung und der Transport von Pfählen mit geringerem Querschnitt, insbesondere Durchmesser, einfacher und insbesondere kostengünstiger. Insbesondere hat ein Verankerungsbereich, der aus einer aus Einzelpfählen gebildeten Pfahlgruppe bzw. Pfahlbündel gebildet ist, den Vorteil, dass ein Rohr bzw. Pfahl mit Standarddurchmessern bis beispielsweise ca. 1500 mm deutlich günstiger herstellbar ist als Großpfähle.
Der Turmabschnitt kann durch einen rohrförmigen Körper gebildet sein. Insbesondere kann der Turmabschnitt durch eine Mehrzahl von weitestgehend vertikal verlaufenden Strukturelementen (z.B. Rohrquerschnitte, Vollquerschnitte, H-, I- U-Profile etc.) gebildet sein.
Darüber hinaus kann, gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der anmeldungsgemäßen Gründungsstruktur, mindestens ein erster Ankerpfahl eine erste Länge aufweisen und mindestens ein zweiter Ankerpfahl eine zweite Länge aufweisen, wobei die erste Länge größer ist als die zweite Länge. Anders ausgedrückt können zumindest zwei Ankerpfähle in einem Installationszustand bereitgestellt werden, die unterschiedliche Einbindetiefen in den Gewässerboden aufweisen. Durch die Nutzung von Ankerpfählen mit unterschiedlicher Länge (bzw. Einbindetiefe) kann in einfacher Weise eine stufenweise Reduktion der (Gesamt-)Querschnittsfläche des Verankerungsbereichs bereitgestellt werden.
Ferner können Ankerpfähle mit zumindest zwei unterschiedlichen Einbindetiefen von erheblichem Vorteil bei der Installierung der Gründungsstruktur sein. Insbesondere ist eine derartige Gründungsstruktur weniger empfindlich gegenüber ggf. im (Gewässer-) Boden vorhandenen Findlingen oder dergleichen. Trifft ein erster Ankerpfahl einer Gruppe von Ankerpfählen auf einen Findling, der ein tieferes Einbringen des ersten Ankerpfahls in den (Gewässer-)Boden blockiert oder zumindest deutlich erschwert, kann es für die Stabilität ausreichend sein, wenn mindestens ein weiterer Ankerpfahl der Gruppe von Ankerpfählen benachbart zu dem ersten Ankerpfahl installiert werden kann und in eine größere Tiefe eingebracht werden kann als der erste Ankerpfahl.
Darüber hinaus kann es möglich sein, bei der Verwendung mehrerer (kleiner) Ankerpfähle die einzelnen Ankerpfähle am unteren Ende nicht senkrecht zur Hauptrichtung enden, sondern einige oder alle Pfähle abgeschrägt sind, so dass die Gesamtheit der Ankerpfähle in der Seitenansicht einen unten angespitzten Pfahl ergeben, der sich mit einem geringeren Widerstand in den Boden einbringen lässt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform einer anmeldungsgemäßen Gründungsstruktur kann ein (oberes) Ende des mindestens einen Ankerpfahls in den Turm (in dem Bereich des Verbindungsbereichs) zumindest teilweise eingreifen bzw. hineinragen. Dies meint insbesondere, dass die (untere) Turmwand des Turms das obere Ende des Ankerpfahls umschließt. Insbesondere ist der Turm über ein Ende des mindestens einen Ankerpfahls (zumindest in einem Installationszustand) übergestülpt.
Vorzugsweise kann, gemäß einer weiteren Ausführungsform, zwischen einer Innenwand des Turms und einer Außenwand des mindestens einen Ankerpfahls (insbesondere des genannten Endes des mindestens einen Ankerpfahls) eine formschlüssige Verbindung (zumindest im Installationszustand) hergestellt sein, insbesondere eine kraftschlüssige Verbindung, insbesondere bevorzugt eine stoffschlüssige Verbindung. Insbesondere durch eine kraftschlüssige Verbindung kann eine Gründungsstruktur mit ausreichender struktureller und/oder mechanischer Stabilität bereitgestellt werden.
Grundsätzlich kann die (insbesondere stoffschlüssige) Verbindung in beliebiger Weise (zumindest in dem Installationszustand) hergestellt sein. Gemäß einer Ausführungsform der anmeldungsgemäßen Gründungsstruktur kann die Verbindung eine Grout-Verbindung sein.
Wie bereits beschrieben wurde, können die zu verbindenden Teile, vorliegend das untere Ende des Turms und das obere Ende des mindestens einen Ankerpfahls (oder das Ende der Ankerpfahlgruppe bzw. die Enden der einzelnen Ankerpfähle einer Ankergruppe) übereinander gestülpt oder ineinander gesteckt sein. Der Zwischenraum zwischen der Innenwand des Turms und der Außenwand des mindestens einen Ankerpfahls kann vorzugsweise mit einem hochfesten Beton (z.B. durch ein so genanntes Zement Soil Mixing) - dem sogenannten „vergrouten“ - gefüllt sein (in einem Installationszustand der Gründungsstruktur). Eine hochfeste Verbindung zwischen dem Ankerpfahl oder der Gruppe von Ankerpfählen und dem Turm kann (zumindest) in dem Verbindungsbereich des Ankerabschnitts bereitgestellt werden. Es versteht sich, dass ein Ende eines Ankerpfahls auch innerhalb des Turms (auch) in den Turmabschnitt ragen kann.
Alternativ oder (bevorzugt) zusätzlich kann die (insbesondere zumindest stoffschlüssige Verbindung) Verbindung durch mindestens ein Verbindungsblech hergestellt sein. Das mindestens eine Verbindungsblech kann an der Innenwand des Turms und der Außenwand des mindestens einen Ankerpfahls befestigt sein. Insbesondere kann das mindestens eine aus Metall gebildete Verbindungsblech in einer im Wesentlichen vertikalen Ebene verlaufen. Vorzugsweise kann eine Mehrzahl von Verbindungsblechen (umlaufend) zwischen der Innenwand des Turms und der Außenwand des mindestens einen Ankerpfahls angeordnet sein. Insbesondere kann das mindestens eine Verbindungsblech an der Innenwand und/oder an der Außenwand angeschweißt sein. Eine stoffschlüssige Verbindung kann bereitgestellt werden.
Die verbleibenden Zwischenräume zwischen Innen- und Außenwand sowie den Verbindungsblechen können beispielsweise mit dem (Gewässer-)Bodenmaterial und/oder mit einem hochfesten Beton (wie zuvor beschrieben wurde) gefüllt sein. Wenn die Verbindung zwischen der Innenwand des Turms und der Außenwand des mindestens einen Ankerpfahls mit vorzugsweise einer Mehrzahl von Verbindungsblechen hergestellt ist, kann diese Verbindung bereits vorab, beispielsweise in einem Hafen, hergestellt werden (und nicht erst an einem Installationsort).
Alternativ oder zusätzlich kann die Verbindung durch ein (Gewässer-) Bodenmaterial gebildet sein (in einem Installationszustand). Insbesondere bei hinreichend steifen Bodenverhältnissen (und wenn der mindestens eine Ankerpfahl ausreichend weit in den Turm hineinragt (z.B. zwischen 10 und 50 m), kann eine ausreichende Verbindung zwischen einem Ende des mindestens einen Ankerpfahls und einem Ende des Turms hergestellt sein. Insbesondere kann eine derartige Verbindung aufwandsarm hergestellt werden.
Auch kann der Bereich zwischen oberer und unterer Querschnittsfläche in dem Verbindungsbereich mit Boden ausgefüllt sein und/oder mit Zementgrout ausgefüllt sein und/oder in der vertikalen Ebene eine elastomerbasierte Schicht aufweisen, welche weitestgehend kreisförmig ist und in der Mitte ein Loch aufweist, welches kleiner oder gleich dem Durchmesser des kleineren der beiden anschließenden Elemente ist, und mit mindestens einem (entweder dem oberen oder dem unteren) Abschnitt kraftschlüssig verbunden ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Turm) direkt mit mindestens einem Ankerpfahl form-, kraft- oder stoffschlüssig verbunden sein. Insbesondere wenn mindestens ein Ankerpfahl zumindest teilweise außerhalb des Umfangs des Verbindungsbereichs des Turmes liegt, kann der mindestens eine Ankerpfahl direkt mit dem Turm verbunden sein, z.B. durch Verschweißen oder Verschrauben. In der Verbindungszone kann/können der mindestens eine Ankerpfahl und/oder der Turm konstruktiv angepasst sein, um eine Verbindung zu ermöglichen, zum Beispiel durch das Entfernen von Material (z.B. in Form eines Schlitzes). Insbesondere kann hierdurch eine gegenseitige Durchdringung der genannten Körper vor der Verbindung ermöglicht werden und/oder das Anbringen von zusätzlichen Flächen erreicht werden, die z.B. eine Verschraubung ermöglichen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der anmeldungsgemäßen Gründungsstruktur kann die Länge des Verbindungsbereichs zwischen 20 % und 50 % der Gesamtlänge des Ankerabschnitts liegen, bevorzugt zwischen 25 % und 40 %, insbesondere bevorzugt zwischen 25 % und 35 % (in einem Installationszustand). Insbesondere für den Fall, dass bei einem Ankerabschnitt zwischen 25 % und 35 % der Länge durch den Verbindungsbereich und zwischen 65 % und 75 % der Länge durch einen Verankerungsbereich (mit einer gegenüber dem Verbindungsbereich reduzierten Querschnittsfläche) gebildet ist, kann eine ausreichende strukturelle und mechanische Stabilität und gleichzeitig eine signifikante Materialreduktion (insbesondere Stahlreduktion) bei einer Gründungsstruktur erreicht werden.
Ferner kann, gemäß einer weiteren Ausführungsform der anmeldungsgemäßen Gründungsstruktur, die Querschnittsfläche des Verankerungsbereichs zwischen 90 % und 50 % der Querschnittsfläche des Verbindungsbereichs liegen, bevorzugt zwischen 85 % und 60 %, insbesondere bevorzugt zwischen 80 % und 65 %. Eine deutliche Materialersparnis kann erzielt werden.
Ein weiterer Aspekt der Anmeldung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Gründungsstruktur, insbesondere einer zuvor beschriebenen Gründungsstruktur. Das Verfahren umfasst:

- Einbringen mindestens eines Ankerpfahls in den Boden (insbesondere Gewässerboden), und
- anschließendes Einbringen eines Turms in den Boden (insbesondere Gewässerboden), derart, dass ein Verbindungsbereich gebildet wird, in den ein Ende des mindestens einen Ankerpfahls eingreift.

Das anmeldungsgemäße Verfahren wird insbesondere an dem Installationsort der Onshore- oder Offshore-Vorrichtung durchgeführt. Mindestens ein Ankerpfahl mit einer horizontalen Querschnittsfläche kleiner als die Querschnittsfläche kann zunächst in den (Gewässer-) Boden (mit einer bestimmten Einbindetiefe) eingebracht werden. Wenn eine Gruppe von Ankerpfählen eingebracht wird, können insbesondere zunächst sämtliche Ankerpfähle der Gruppe in den (Gewässer-)Boden (jeweils mit bestimmten Mindesteinbindetiefen) eingebracht werden.
Die Einbringung des mindestens einen Ankerpfahls in den (Gewässer-) Boden kann durch Abteufen erfolgen.
Nach der Installation des mindestens einen Ankerpfahls kann der Turm in den (Gewässer-)Boden eingebracht werden, um insbesondere den Verbindungsbereich der Gründungstruktur zu bilden. Insbesondere kann das (untere) Ende des Turms über das (obere) Ende des mindestens einen Ankerpfahls (bei einer Gruppe über sämtliche oberen Enden der Ankerpfähle) gestülpt werden. Vorzugsweise wird der Turm derart über das mindestens eine Ende des mindestens einen Ankerpfahls gestülpt, dass der mindestens eine Ankerpfahl mit einer vorgegebenen Länge (z.B. zwischen 5 und 50 m) in den Turm hineinragt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des anmeldungsgemäßen Verfahrens kann nach dem Einbringen des Turms eine formschlüssige (vorzugsweise kraftschlüssige, insbesondere bevorzugt stoffschlüssige) Verbindung zwischen einem Turm und einem Ankerpfahl, insbesondere einer Innenwand des Turms und einer Außenwand des mindestens einen Ankerpfahls, hergestellt werden, insbesondere durch zumindest teilweises Vergrouten des Zwischenbereichs zwischen der Innenwand des Turms und der Außenwand des mindestens einen Ankerpfahls (wie zuvor beschrieben wurde).
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform kann das Verfahren ferner umfassen:

- Bereitstellen einer Schablone mit mindestens einer Öffnung für mindestens einen einzubringenden Ankerpfahl,
- Positionieren der Schablone auf einer Bodenoberfläche, insbesondere einer Gewässerbodenoberfläche, und
- Einbringen des mindestens einen Ankerpfahls in den Boden durch die mindestens eine Öffnung.

Insbesondere kann die Schablone, beispielsweise ein plattenförmiges Element oder ein Rohrsegment, zwei oder mehr Öffnungen für eine entsprechende Anzahl von einzubringenden Ankerpfählen aufweisen. Eine Öffnung kann im Wesentlichen (vorzugsweise geringfügig größer) zu der Querschnittsfläche eines Ankerpfahls korrespondieren. Insbesondere bei der Verwendung von mehreren Ankerpfählen, die während der Installation noch nicht fest mit dem oberen Abschnitt der Gründungsstruktur verbunden sind, kann eine anmeldungsgemäße Schablone verwendet werden, die insbesondere die Maßhaltigkeit und eine exakte Positionierung der Ankerpfähle an dem Installationsort gewährleistet.
Eine Schablone kann zum Beispiel aus einem Rohrsegment gebildet sein, dass die selben Maße hat wie der obere Abschnitt der Gründungsstruktur (oder etwas kleiner), also wie der Verbindungsabschnitt. Durch Hilfseinrichtungen kann die Schablone stabil und lotrecht auf dem Gewässerboden platziert werden. Die Ankerpfähle können durch die Schablone hindurch in den Gewässerboden eingebracht werden. Anschließend kann die Schablone nach oben weggehoben werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann zunächst eine weitestgehend als Ringscheibe ausgebildete, z.B. aus einem Elastomer hergestellte, Abdichtung an dem Verankerungsabschnitt, z.B. durch Schrauben, Kleben oder Klemmen, angebracht werden. Nach dem der Verankerungsabschnitt in den Boden eingebracht wurde, kann der obere Turm so in den Verankerungsabschnitt eingesetzt, bzw. über diesen drüber gesetzt werden, dass die angebrachte Abdichtung ein Ausspülen des zwischen Verankerungsabschnitt und Turmabschnitt befindlichen Boden zumindest weitestgehend verhindert.
Ein noch weiterer Aspekt der Anmeldung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Gründungsstruktur, insbesondere einer zuvor beschriebenen Gründungsstruktur. Das Verfahren umfasst:

- Bereitstellen mindestens eines Ankerpfahls,
- Bereitstellen mindestens eines Turms, und
- Herstellen mindestens einer mechanischen Verbindung zwischen dem Turm und dem Ankerpfahls, insbesondere zwischen einer Innenwand des Turms und einer Außenwand des Ankerpfahls..

Das Verfahren kann insbesondere entfernt von dem Installationsort der Offshore-Vorrichtung bzw. der Gründungstruktur für die Offshore-Vorrichtung durchgeführt werden, beispielsweise in oder bei einem Hafen. Insbesondere kann ein (unteres) Ende des Turms über ein Ende des Ankerpfahls (bei einer Gruppe über sämtliche oberen Enden der Ankerpfähle) gestülpt werden. Dann kann eine kraftschlüssige Verbindung, vorzugsweise eine stoffschlüssige Verbindung, zwischen dem Turm und dem mindestens einen Ankerpfahl hergestellt werden. Vorzugsweise kann entsprechend den vorherigen Ausführungen mindestens ein Verbindungsblech zwischen der Innenwand des Turms und einer Außenwand mindestens eines Ankerpfahls befestigt, insbesondere angeschweißt werden. Die (Gesamt- ) Querschnittsfläche des Ankerpfahls bzw. der Gruppe von Ankerpfählen kann kleiner sein als die Querschnittsfläche des Turms, der über den mindestens einen Ankerpfahl gestülpt wird.
Die Merkmale der Gründungsstrukturen und Verfahren zum Herstellen einer Gründungsstruktur sind frei miteinander kombinierbar. Insbesondere können Merkmale der Beschreibung und/oder der abhängigen Ansprüche, auch unter vollständiger oder teilweiser Umgehung von Merkmalen der unabhängigen Ansprüche, in Alleinstellung oder frei miteinander kombiniert, eigenständig erfinderisch sein.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die anmeldungsgemäße Gründungstruktur und die anmeldungsgemäßen Verfahren auszugestalten und weiterzuentwickeln. Hierzu sei einerseits verwiesen auf die den unabhängigen Ansprüchen nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:

1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Gründungstruktur gemäß der vorliegenden Anmeldung,
2 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Gründungstruktur gemäß der vorliegenden Anmeldung,
3a eine schematische Teilansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Gründungstruktur gemäß der vorliegenden Anmeldung,
3b eine schematische Teilansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Gründungstruktur gemäß der vorliegenden Anmeldung,
3c eine schematische Teilansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Gründungstruktur gemäß der vorliegenden Anmeldung,
4 ein Diagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Anmeldung,
5 ein Diagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Anmeldung,
6 eine schematische Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Gründungstruktur gemäß der vorliegenden Anmeldung, und
7 eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiel einer Schablone, die bei einem Verfahren gemäß der vorliegenden Anmeldung verwendet werden kann.

Nachfolgend werden für gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet.
Die 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Gründungstruktur 100 gemäß der vorliegenden Anmeldung für eine Offshore-Vorrichtung. Die nachfolgenden Ausführungen können auf Onshore-Vorrichtungen übertragen werden.
Beispielsweise kann die Offshore-Vorrichtung eine Offshore-Windkraftanlage sein. Eine Offshore-Windkraftanlage kann einen Generator aufweisen, der die kinetische Energie des Winds in elektrische Energie wandelt. Der Generator kann insbesondere in einer (nicht dargestellten) Gondel angeordnet sein, die von dem oberen Ende des Turms 110 getragen wird. Insbesondere kann die Offshore-Vorrichtung durch eine Offshore-Einrichtung, vorliegend beispielhaft die Gondel, und die Gründungstruktur 100 gebildet sein.
Vorliegend ist die Gründungstruktur 100 (lediglich beispielhaft ist ein Monopile dargestellt) in einem Installationszustand dargestellt. Insbesondere ist die Gründungstruktur 100 in einem Gewässerboden 114, insbesondere einem Meeresboden 114, befestigt, wobei der Turm 110 vertikal nach oben (also in positive x-Richtung) ragt und teilweise oberhalb der Gewässeroberfläche 116, insbesondere der Meeresoberfläche 116, angeordnet ist.
Die Gründungsstruktur 100 kann zwei Abschnitte 102, 104 aufweisen, nämlich einen Turmabschnitt 102 und einen Ankerabschnitt 104. Der Turmanschnitt 102 ist insbesondere der Abschnitt der Gründungsstruktur 100, der sich oberhalb des Gewässerbodens 114 erstreckt, beispielsweise bis zur Gondel. Bei anderen Varianten der Anmeldung kann sich der Turmabschnitt auch nur bis zur Gewässeroberfläche erstrecken.
Die Querschnittsfläche und der Durchmesser des Turmabschnitts 102 können vorzugweise von der Wasseroberfläche 116 bis zur Gewässerbodenoberfläche konisch aufgeweitet sein.
Der Ankerabschnitt 104 erstreckt sich von der Gewässerbodenoberfläche in vertikaler Richtung (negative x-Richtung) nach unten bzw. in die Tiefe. Der Ankerabschnitt 104 dient der Befestigung der Gründungstruktur 100 in dem Gewässerboden 114, insbesondere zur Verankerung der Gründungstruktur 100 in dem Gewässerboden 114.
Der Ankerabschnitt 104 umfasst vorliegend einen Verbindungsbereich 106 und einen Verankerungsbereich 108. Der Verbindungsbereich 106 schließt sich unmittelbar an den Turmabschnitt 102 an. Der Verankerungsbereich 108 schließt sich unmittelbar an den Verbindungsbereich 106 an.
Wie zu erkennen ist, weist der Verbindungsbereich 106 eine (horizontal, also in y Richtung, verlaufende) Querschnittsfläche (die durch einen Pfeil mit dem Bezugszeichen 118 angedeutet ist) auf, die über dem gesamten Verbindungsbereich 106 (in vertikaler Richtung gesehen) konstant bleibt. Insbesondere wird der Turmdurchmesser 128 (ca.) ab der Gewässerbodenoberfläche bis zum unteren Ende des Verbindungsbereichs 106 konstant gehalten.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Verankerungsbereich 108 eine Querschnittsfläche (die durch einen Pfeil mit dem Bezugszeichen 120 angedeutet ist) auf, die über dem gesamten Verankerungsbereich 108 (in vertikaler Richtung gesehen) konstant bleibt.
Wie zu erkennen ist, ist die Querschnittsfläche 120 kleiner als die Querschnittsfläche 118. Insbesondere kann die Querschnittsfläche 120 des Verankerungsbereichs 108 zwischen 90 % und 50 % der Querschnittsfläche 118 des Verbindungsbereichs 106 liegen, bevorzugt zwischen 85 % und 60 %, insbesondere bevorzugt zwischen 80 % und 65 %.
Der Verankerungsbereich 108 ist vorliegend durch einen Ankerpfahl 112 gebildet. Der Ankerpfahl 112 kann (wie der Turm 110) insbesondere ein Hohlpfahl sein, dessen umlaufende Wand vorzugsweise aus Metall gebildet ist. Der Turm 110 und der Ankerpfahl 112 weisen insbesondere einen kreisförmigen Querschnitt 118, 120 auf.
Der Durchmesser 126 des Ankerpfahls 112 wird ab dem Ende des Verbindungsbereichs 106 bis zum Ende des Ankerpfahls 112 konstant gehalten. Der Durchmesser 126 des Ankerpfahls 112 ist vorliegend kleiner als der Durchmesser 128 des Turms 110 im Bereich des Verbindungsbereichs 106.
Der Verbindungsbereich 106 weist ferner eine Länge 124 (in vertikaler Richtung) auf, die zwischen 25 % und 50 % der Gesamtlänge 122 des Ankerabschnitts 108 liegt, bevorzugt zwischen 25 % und 40 %, insbesondere bevorzugt zwischen 30 % und 35 %. Insbesondere kann die Länge des Verbindungsbereichs 106 ca. 1/3 des Ankerabschnitts 104 und die Länge des Verankerungsbereichs 108 ca. 2/3 des Ankerabschnitts 104 betragen
Die 2 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Gründungstruktur 200 gemäß der vorliegenden Anmeldung für eine Offshore-Vorrichtung. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden nachfolgend im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel nach 1 beschrieben. Für die anderen Komponenten der Gründungstruktur 200 wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Der Verankerungsbereich 208 des Ankerabschnitts 204 ist vorliegend durch eine Mehrzahl von Ankerpfählen 212.1 bis 212.3 bzw. durch eine Gruppe von Ankerpfählen 212.1 bis 212.3. Beispielhaft sind vorliegend drei Ankerpfähle 212.1 bis 212.3 dargestellt. Es versteht sich, dass auch eine andere Anzahl von Ankerpfählen vorgesehen sein kann (z.B. fünf). Vorzugsweise können die Ankerpfähle in Form eines Dreiecks nebeneinander angeordnet sein (nicht dargestellt).
Die Ankerpfähle 212.1 bis 212.3 sind benachbart zueinander angeordnet und verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander in vertikaler Richtung. Insbesondere sind die Ankerpfähle 212.1 bis 212.3 eng aneinander angeordnet und kontaktieren sich. Beispielsweise kann ein Ankerpfahl zumindest zwei andere Ankerpfähle kontaktieren.
Jeder Ankerpfahl 212.1 bis 212.3 weist eine Querschnittsfläche 230 (wiederum angedeutet durch einen Pfeil) auf. Die (maximale) (horizontal verlaufende) Gesamtquerschnittsfläche des Ankerabschnitts 208, also die Summe der einzelnen Querschnittsflächen 230 sämtlicher Ankerpfähle 212.1 bis 212.3, ist kleiner als die Querschnittsfläche218 des Verbindungsbereichs 206.
In einer (nicht dargestellten) Ausführungsform können sämtliche Ankerpfähle einer Gruppe von Ankerpfählen die gleiche Länge aufweisen. In diesem Fall bleibt die Gesamtquerschnittsfläche des Verankerungsbereichs über dem gesamten Verankerungsbereichs in vertikaler Richtung gesehen konstant.
Vorliegend weist mindestens ein erster Ankerpfahl 212.1 eine erste Länge 234 auf und mindestens ein zweiter Ankerpfahl 212.2 eine zweite Länge 236 auf, wobei die erste Länge 234 größer ist als die zweite Länge 236. Insbesondere weist vorliegend ein dritter Ankerpfahl 212.3 eine dritte Länge 232 auf, wobei die dritte Länge 232 kleiner ist als die zweite Länge 236.
Durch das Vorsehen von mindestens zwei Ankerpfählen 212.1 bis 212.3 mit einer unterschiedlichen Länge, ausgehend von dem (unteren Ende des) Verbindungsbereichs 206, kann eine stufenweise Reduktion der Gesamtquerschnittsfläche des Verankerungsbereichs 208 in vertikaler Richtung (in negative X-Richtung gesehen) bereitgestellt werden.
Vorliegend weist der Verankerungsbereich 208 einen ersten Subbereich 208.1 auf, dessen Gesamtquerschnittsfläche über die gesamte Länge 232 konstant bleibt und durch die einzelnen Querschnittsfläche 230 sämtlicher Ankerpfähle 212.1 bis 212.3 gebildet wird.
Ein zweiter Subbereich 208.2, der sich unmittelbar an den ersten Subbereich 208.1 anschließt, weist eine Gesamtquerschnittsfläche auf, die kleiner ist als die Gesamtquerschnittsfläche des ersten Subbereichs 208.1. Die Gesamtquerschnittsfläche des zweiten Subbereichs 208 bleibt über die gesamte Länge des zweiten Subbereichs 208.2 (Länge des zweiten Subbereichs = Länge 236 - Länge 232) konstant und wird durch die einzelnen Querschnittsfläche 230 des ersten und zweiten Ankerpfahls 212.1, 212.2 gebildet.
Ein dritter Subbereich 208.3, der sich unmittelbar an den zweiten Subbereich 208.2 anschließt, weist eine Gesamtquerschnittsfläche auf, die kleiner ist als die Gesamtquerschnittsfläche des zweiten Subbereichs 208.2. Die Gesamtquerschnittsfläche des dritten Subbereichs 208 bleibt über die gesamte Länge des dritten Subbereichs 208.3 (Länge des dritten Subbereichs = Länge 234 - Länge 236) konstant und wird durch die einzelne Querschnittsfläche 230 des ersten Ankerpfahls 212.1 gebildet.
Neben einer noch weiteren Materialersparnis ist das beschriebene Ausführungsbeispiel aufgrund der Mehrzahl von Ankerpfählen 212.1 bis 212.3 weniger empfindlich gegenüber ggf. im Gewässerboden 214 vorhandenen Findlingen 211. Zudem wirken bei hinreichend steifen Bodenverhältnissen die Einzelpfähle als Pfahlgruppe mit einer größeren Gesamtsteifigkeit als die Summe der Einzelsteifigkeiten offenbaren würde.
Es sei angemerkt, dass in der 2 die Ankerpfähle 212.1, 212.2 in einer anderen Ebene dargestellt sind, als der Ankerpfahl 212.3 (um insbesondere anzudeuten, dass nicht sämtliche Ankerpfähle in der gleichen Ebene angeordnet sind).
Die 3a bis 3c zeigen schematische Teilansichten von Ausführungsbeispielen von Gründungstrukturen 300 gemäß der vorliegenden Anmeldung. In den 3a bis 3c entspricht die X-Achse erneut der vertikalen Richtung und die Y-Achse einer horizontalen Richtung. Die 3a und 3b zeigen eine Querschnittsseitenteilansicht und die 3c eine Querschnittsdrauf-Teilansicht.
Zur Vermeidung von Wiederholungen werden nachfolgend im Wesentlichen nur die Unterschiede zu den Ausführungsbeispielen nach 1 und 2 beschrieben. Für die anderen Komponenten der Gründungstruktur 300 wird auf die obigen Ausführungen verwiesen. Nachfolgend ist zu Gunsten einer besseren Übersicht in den 3a bis 3c nur ein einzelner Ankerpfahl 312 dargestellt. Es versteht sich, dass die nachfolgenden Ausführungen auch auf eine Gruppe von Ankerpfählen übertragen werden können.
Wie in 3a dargestellt, ist in dem dargestellten Installationszustand der Gründungstruktur 300 der Turm 310 über den Ankerpfahl 312 gestülpt. Anders ausgedrückt ragt ein oberes Ende 360 des Ankerpfahls 312 in den Innerraum 350 (der im nicht installierten Zustand hohl ist) des Turms 310, insbesondere des unteren Endes des Turms 310.
Ferner ist eine mechanische und/oder strukturelle Verbindung zwischen dem Turm 310 und dem Ankerpfahl 312 vorgesehen. Diese Verbindung ist in dem Ausführungsbeispiel nach 3a durch das Gewässerbodenmaterial 348 des Gewässerbodens 314 gebildet. Insbesondere wird eine Verbindung zwischen der Innenwand 344 des Turms 310 und der Außenwand 342 des Ankerpfahls 312 dadurch dargestellt, dass der Zwischenraum 346 zwischen der Innenwand 344 des Turms 310 und der Außenwand 342 des Ankerpfahls 312 mit dem Gewässerbodenmaterial 348 des Gewässerbodens 314 gefüllt ist. Insbesondere bei hinreichend steifen Bodenverhältnissen kann eine ausreichende Stabilität und Verankerung hierdurch erreicht werden.
Die 3b zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel. In dem Beispiel nach 3b ist der Zwischenraum 346 zwischen der Innenwand 344 des Turms 310 und der Außenwand 342 des Ankerpfahls 312 mit einem hochfesten Beton 354 (z.B. durch Zement Soil Mixing) gefüllt. Anders ausgedrückt kann zwischen der Innenwand 344 des Turms 310 und der Außenwand 342 des Ankerpfahls 312 eine Grout-Verbindung hergestellt sein. Eine ausreichend sichere Verankerung kann bereitgestellt werden.
Die 3c zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Bei dem gezeigten Beispiel ist insbesondere eine Mehrzahl von Verbindungsblechen 356 zwischen der Innenwand 344 des Turms 310 und der Außenwand 342 des Ankerpfahls 312 befestigt. Die Länge eines Verbindungsblechs 356 in x-Richtung kann in etwa der Länge entsprechen, die der Ankerpfahl 312 in den Turm 310 hineinragt.
Die Breite eines Verbindungsblechs 356 kann insbesondere dem Abstand zwischen der Innenwand 344 des Turms 310 und der Außenwand 342 des Ankerpfahls 312 entsprechen. Vorzugsweise kann ein Verbindungsblech 356 angeschweißt sein. Besonders bevorzugt können die Verbindungsbleche 356 radial gleichmäßig beabstandet zueinander angeordnet sein.
Der verbleibende Zwischenraum 346 ist vorliegend mit dem Gewässerbodenmaterial 348 des Gewässerbodens 314 gefüllt. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Vergrouten erfolgen.
Es versteht sich, dass bei anderen Varianten der Anmeldung ein Zwischenraum zwischen Innenwand des Turms und Außenwand des Ankerpfahls auch mit einem anderen Füllmaterial, wie etwa einem Elastomer, Polymer, Sand-Ton, Sand-Ton-Gemisch etc. zumindest teilweise gefüllt sein kann.
Die 4 zeigt ein Diagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Gründungsstruktur, insbesondere einer zuvor in Zusammenhang mit den 1 bis 3c beschriebenen Gründungsstruktur.
In einem ersten Schritt 401 erfolgt, insbesondere an einem Installationsort der Gründungsstruktur, ein Einbringen mindestens eines Ankerpfahls in den Gewässerboden (in eine vorgegebene Tiefe). Bei einer Gruppe von Ankerpfählen können in Schritt 401 sämtliche Ankerpfähle der Gruppe insbesondere sequentiell in den Gewässerboden eingebracht werden.
Insbesondere für den Fall, dass bei einer Gruppe von Ankerpfählen ein Ankerpfahl bei der Einbringung auf einen Findling stößt, kann dieser (sofern eine bestimmte Mindesttiefe erreicht wurde und zumindest ein weiterer Ankerpfahl tiefer eingebracht werden kann) nicht tiefer eingebracht werden. Der mindestens eine weitere Ankerpfahl kann unmittelbar benachbart zu dem ersten Ankerpfahl und insbesondere in eine größere Tiefe eingebracht werden.
In einem Schritt 402 kann ein anschließendes Einbringen eines Turms in den Gewässerboden erfolgen, derart, dass ein Verbindungsbereich gebildet wird, in den ein Ende des mindestens einen Ankerpfahls eingreift bzw. hineinragt. Insbesondere kann in Schritt 402 der Turm über den mindestens einen eingebrachten Ankerpfahl übergestülpt werden. Das Ende des Turms kann vorzugsweise in den Gewässerboden eingebracht werden, so dass sich der beschriebene Verbindungsbereich bildet. Hierbei ist eine Querschnittsfläche des Verankerungsbereichs kleiner als eine Querschnittsfläche des Verbindungsbereichs.
Optional kann in Schritt 403 nach dem Einbringen des Turms eine Verbindung zwischen einer Innenwand des Turms und einer Außenwand des mindestens einen Ankerpfahls hergestellt werden. Insbesondere kann durch zumindest teilweises Vergrouten des Zwischenbereichs zwischen der Innenwand des Turms und der Außenwand des mindestens einen Ankerpfahls eine vorzugsweise zumindest kraftschlüssige Verbindung zwischen dem mindestens einen Ankerpfahl und dem Turm hergestellt werden.
Die 5 zeigt ein Diagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Gründungsstruktur, insbesondere einer zuvor in Zusammenhang mit den 1 bis 3c beschriebenen Gründungsstruktur. Das Verfahren gemäß der 5 kann vorzugsweise entfernt von dem Installationsort der Gründungstruktur durchgeführt werden.
In einem Schritt 501 kann ein Bereitstellen eines Ankerpfahls (oder einer Gruppe von Ankerpfählen) erfolgen.
In Schritt 502 kann ein Bereitstellen mindestens eines Turms erfolgen.
In Schritt 503 erfolgt ein Herstellen mindestens einer mechanischen Verbindung zwischen einer Innenwand des Turms und einer Außenwand des Ankerpfahls. Insbesondere kann der Turm zumindest teilweise über den mindestens einen Ankerpfahl gestülpt werden und vorzugsweise mindestens ein Verbindungsblech stoffschlüssig zwischen der Innenwand des Turms und der Außenwand des Ankerpfahls befestigt werden.
Optional kann anschließend die hergestellte Gründungsstruktur zu dem Installationsort transportiert und an dem Installationsort in den Gewässerboden eingebracht werden. Anschließend kann zusätzlich ein Vergrouten in dem verbleibenden Zwischenbereich zwischen der Innenwand des Turms und der Außenwand des Ankerpfahls erfolgen.
Die 6 zeigt eine schematische Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Gründungstruktur 600 gemäß der vorliegenden Anmeldung. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden nachfolgend im Wesentlichen nur die Unterschiede zu den vorherigen Ausführungsbeispielen beschrieben. Für die anderen Komponenten der Gründungstruktur 600 wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
In dem dargestellten Beispiel sind drei Ankerpfähle 612.1 bis 612.3 vorgesehen. Wie aus der Draufsicht ersichtlich ist, sind die Ankerpfähle 612.1 bis 612.3 derart positioniert, dass sie über die Querschnittsfläche 618 des Verbindungsbereichs 606 hinausragen. Die Gesamtquerschnittsfläche der einzelnen Querschnittsflächen 620.1 bis 620.3 ist hierbei jedoch geringer als die Querschnittsfläche 618 des Verbindungsbereichs 606.
Ferner wird durch die 6 deutlich, wie insbesondere eine Querschnittsfläche 618, 620.1 bis 620.3 in der vorliegenden Anmeldung (grundsätzlich) definiert ist. Die Querschnittsfläche berechnet sich nach der Formel: A = π*d²/4, wobei d der Durchmesser 670 bzw. 672, wie dargestellt, zwischen den Außenkanten bzw. Außenwänden des jeweiligen Pfahls ist (und nicht zwischen den Innenkanten bzw. Innenwänden).
Vorliegend kann der mindestens eine Ankerpfahl 612.1 bis 612.3 direkt mit dem Turm 610 verbunden sein, z.B. durch Verschweißen oder Verschrauben. In der Verbindungszone kann/können der mindestens eine Ankerpfahl und/oder der Turm konstruktiv angepasst sein, um eine Verbindung zu ermöglichen, zum Beispiel durch ein vorheriges Entfernen von Material (z.B. zum Bilden eines Schlitzes). Insbesondere kann hierdurch eine gegenseitige Durchdringung der genannten Körper 612.1 bis 612.3, 610 vor der Verbindung ermöglicht werden und/oder das Anbringen von zusätzlichen Flächen erreicht werden, die z.B. eine Verschraubung ermöglichen. Insbesondere kann eine Verbindung ohne Verbindungsbleche erfolgen, sondern vorzugsweise dadurch, dass ein Ankerpfahl 612.1 bis 612.3 so geschlitzt wird, dass der Verbindungsbereich in den Schlitz gesteckt und vorzugsweise verschweißt, verklebt, verschraubt etc. werden kann.
Die 7 zeigt eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels einer Schablone 780, die bei einem (zuvor beschriebenen) Verfahren gemäß der vorliegenden Anmeldung verwendet werden kann. Insbesondere kann das Verfahren nach 4 zusätzliche folgende Schritte umfassen:

Insbesondere kann die Schablone 780, vorzugsweise ein Rohrsegment 780, zwei oder mehr Öffnungen 782 (vorliegend beispielhaft drei Öffnungen 782) für eine entsprechende Anzahl von einzubringenden Ankerpfählen aufweisen. Eine Öffnung 782 kann im Wesentlichen (vorzugsweise geringfügig größer) zu der Querschnittsfläche eines Ankerpfahls korrespondieren. Insbesondere bei der Verwendung von mehreren Ankerpfählen, die während der Installation noch nicht fest mit dem oberen Abschnitt der Gründungsstruktur verbunden sind, kann eine anmeldungsgemäße Schablone verwendet werden, die insbesondere die Maßhaltigkeit und eine exakte Positionierung der Ankerpfähle an dem Installationsort gewährleistet.
Das Rohrsegment 780 kann insbesondere derart gebildet sein, dass es dieselben Maße aufweisen, wie der obere Abschnitt der Gründungsstruktur (insbesondere der beschriebene Verbindungsabschnitt, der vorzugsweise drüber gestülpt wird) (oder etwas kleiner als die Innenquerschnittsfläche des Verbindungsabschnitts). Durch (nicht gezeigte) Hilfseinrichtungen kann die Schablone 780 stabil und lotrecht auf dem Gewässerboden 714 platziert werden. Die Ankerpfähle können durch die Schablone hindurch in den Gewässerboden 714 eingebracht werden. Anschließend kann die Schablone 780 nach oben weggehoben werden. Optional kann vor einem Entfernen der Schablone ein Einbringen eines Turms in den Gewässerboden derart erfolgen, dass ein Verbindungsbereich gebildet wird, in den ein Ende des mindestens einen Ankerpfahls eingreift.

Claims

Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600), umfassend: - einen sich in einem Installationszustand der Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600) oberhalb eines Bodens (114, 214, 314, 714) erstreckenden Turmabschnitt (102, 202, 302), - einen sich an den Turmabschnitt (102, 202, 302) anschließenden und sich in dem Installationszustand in dem Boden (114, 214, 314, 714) erstreckenden Ankerabschnitt (104, 204), dadurch gekennzeichnet, dass - der Ankerabschnitt (104, 204) einen Verbindungsbereich (106, 206, 306, 606) aufweist, der sich an den Turmabschnitt (102, 202, 302) anschließt, - der Ankerabschnitt (104, 204) einen Verankerungsbereich (108, 208, 308) aufweist, der sich an den Verbindungsbereich (106, 206, 306, 606) anschließt, - wobei eine Querschnittsfläche (120) des Verankerungsbereichs (108, 208, 308) kleiner ist als eine Querschnittsfläche (118, 218, 618) des Verbindungsbereichs (106, 206, 306, 606).
Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - der Verankerungsbereich (108, 208, 308) durch einen Ankerpfahl (112, 212.1, 212.2, 212.3, 312, 612.1, 612.3, 612.3) zumindest teilweise gebildet ist, - der Turmabschnitt (102, 202, 302) und der Verbindungsbereich (106, 206, 306, 606) durch einen Turm (110, 210, 310, 610) zumindest teilweise gebildet ist, und - eine Querschnittsfläche (120) des Ankerpfahls (112, 212.1, 212.2, 212.3, 312, 612.1, 612.3, 612.3) kleiner ist als eine Querschnittsfläche (118, 218, 618) des Turms (110, 210, 310, 610) in dem Verbindungsbereich (106, 206, 306, 606).
Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - der Verankerungsbereich (108, 208, 308) durch eine Mehrzahl von parallel verlaufenden Ankerpfählen (112, 212.1, 212.2, 212.3, 312, 612.1, 612.3, 612.3) gebildet ist, - der Turmabschnitt (102, 202, 302) und der Verbindungsbereich (106, 206, 306, 606) durch einen Turm (110, 210, 310, 610) gebildet ist, und - eine Gesamtquerschnittsfläche der Mehrzahl der Ankerpfähle (112, 212.1, 212.2, 212.3, 312, 612.1, 612.3, 612.3) kleiner ist als eine Querschnittsfläche (118, 218, 618) des Turms (110, 210, 310, 610) in dem Verbindungsbereich (106, 206, 306, 606).
Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass - mindestens ein erster Ankerpfahl (112, 212.1, 212.2, 212.3, 312, 612.1, 612.3, 612.3) eine erste Länge (234) aufweist und mindestens ein zweiter Ankerpfahl (112, 212.1, 212.2, 212.3, 312, 612.1, 612.3, 612.3) eine zweite Länge (236) aufweist, - wobei die erste Länge (234) größer ist als die zweite Länge (236).
Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass - ein Ende (360) des mindestens einen Ankerpfahls (112, 212.1, 212.2, 212.3, 312, 612.1, 612.3, 612.3) in den Turm (110, 210, 310, 610) zumindest teilweise eingreift.
Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass - zwischen einer Innenwand (344) des Turms (110, 210, 310, 610) und einer Außenwand (342) des mindestens einen Ankerpfahls (112, 212.1, 212.2, 212.3, 312, 612.1, 612.3, 612.3) eine formschlüssige Verbindung hergestellt ist, insbesondere ein kraftschlüssige Verbindung, insbesondere bevorzugt eine stoffschlüssige Verbindung.
Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass - die Verbindung eine Grout-Verbindung ist, und/oder - die Verbindung durch mindestens ein Verbindungsblech (356) hergestellt ist, wobei das mindestens eine Verbindungsblech (356) an der Innenwand (344) des Turms (110, 210, 310, 610) und der Außenwand (342) des mindestens einen Ankerpfahls (112, 212.1, 212.2, 212.3, 312, 612.1, 612.3, 612.3) befestigt ist, und/oder - die Verbindung durch ein Bodenmaterial (348) gebildet ist.
Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Länge (224) des Verbindungsbereichs (106, 206, 306, 606) zwischen 20 % und 50 % der Gesamtlänge (222) des Ankerabschnitts (104, 204) liegt, bevorzugt zwischen 25 % und 40 %, insbesondere bevorzugt zwischen 25 % und 35 %.
Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Querschnittsfläche (120) des Verankerungsbereichs (108, 208, 308) zwischen 90 % und 50 % der Querschnittsfläche (118, 218, 618) des Verbindungsbereichs (106, 206, 306, 606) liegt, bevorzugt zwischen 85 % und 60 %, insbesondere bevorzugt zwischen 80 % und 65 %.
Verfahren zum Herstellen einer Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600), insbesondere einer Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend: - Einbringen mindestens eines Ankerpfahls (112, 212.1, 212.2, 212.3, 312, 612.1, 612.3, 612.3) in einen Boden (114, 214, 314, 714), und - anschließendes Einbringen eines Turms (110, 210, 310, 610) in den Boden (114, 214, 314, 714), derart, dass ein Verbindungsbereich (106, 206, 306, 606) gebildet wird, in den ein Ende (360) des mindestens einen Ankerpfahls (112, 212.1, 212.2, 212.3, 312, 612.1, 612.3, 612.3) eingreift.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass - nach dem Einbringen des Turms (110, 210, 310, 610) eine Verbindung zwischen einer Innenwand (344) des Turms (110, 210, 310, 610) und einer Außenwand (342) des mindestens einen Ankerpfahls (112, 212.1, 212.2, 212.3, 312, 612.1, 612.3, 612.3) hergestellt wird, insbesondere durch zumindest teilweises Vergrouten des Zwischenbereichs (346) zwischen der Innenwand (344) des Turms (110, 210, 310, 610) und der Außenwand (342) des mindestens einen Ankerpfahls (112, 212.1, 212.2, 212.3, 312, 612.1, 612.3, 612.3).
Verfahren zum Herstellen einer Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600), insbesondere einer Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend: - Bereitstellen mindestens eines Ankerpfahls (112, 212.1, 212.2, 212.3, 312, 612.1, 612.3, 612.3), - Bereitstellen mindestens eines Turms (110, 210, 310, 610), und - Herstellen mindestens einer mechanischen Verbindung (356) zwischen dem Turm (110, 210, 310, 610) und dem Ankerpfahl (112, 212.1, 212.2, 212.3, 312, 612.1, 612.3, 612.3).