BE1022004B1 - Positioneerraamwerk voor het in een onderwaterbodem aanbrengen van funderingspalen, bijbehorende werkwijze en samenstel van het positioneerraamwerk - Google Patents

Abstract

De uitvinding betreft een positioneerraamwerk voor het in een onderwaterbodem aanbrengen van volgens een geometrisch patroon gerangschikte funderingspalen. Het positioneerraamwerk omvat volgens het geometrisch patroon gerangschikte, onderling verbonden geleidingskokers voor de funderingspalen, drijfmiddelen die het positioneerraamwerk drijfvermogen verschaffen, en regelmiddelen die het drijfvermogen van het positioneerraamwerk kunnen instellen. De uitvinding betreft eveneens een werkwijze voor het in een onderwaterbodem aanbrengen van de funderingspalen, en een samenstel van een drijvend platform en een optioneel hieraan gekoppeld positioneerraamwerk.

Description

Positioneerraamwerk voor het in een onderwaterbodem aanbrengen van funderingspalen, bijbehorende werkwijze en samenstel van het positioneerraamwerk en een drijvend platform

De uitvinding betreft een positioneerraamwerk en een werkwijze voor het in een onderwaterbodem aanbrengen van volgens een geometrisch patroon gerangschikte funderingspalen. De uitvinding betreft eveneens een samenstel van een drijvend platform en het positioneerraamwerk, waarmee de werkwijze kan worden uitgevoerd.

De uitvinding zal hieronder worden toegelicht aan de hand van een offshore windturbine. De verwijzing naar een windturbine impliceert niet dat de uitvinding is beperkt tot het gebruik in het kader van een dergelijke windturbine. Het positioneerraamwerk en de werkwijze kunnen eveneens worden toegepast op elke andere structuur, zoals jetties, radar- en andere torens, platforms, en dergelijke. De steunstructuur van een windturbine heeft gewoonlijk een slank ontwerp, bijvoorbeeld in de vorm van een buis of paal. Deze paalstructuur dient te worden gekoppeld aan een fundering in de grond. Voor offshore windturbines die in relatief ondiep water worden geplaatst is het mogelijk gebruik te maken van één mast die zich vanaf de machineriebehuizing van de windturbine tot aan de fundering uitstrekt. Naast een dergelijke 'monopaal' constructie kan de steunstructuur van een offshore windturbine ook een buisvormig bovengedeelte omvatten en een ondergedeelte in de vorm van een vakwerkstructuur, ook wel aangeduid als een jacket. Een groot gedeelte van de jacket strekt zich onder water uit waar de jacket steun vindt op een fundering die in de onderwaterbodem is aangebracht.

Een bekende werkwijze voor het in een onderwaterbodem aanbrengen van funderingspalen maakt gebruik van een offshore platform dat door middel van op de onderwaterbodem rustende spudpalen wordt gefixeerd ten opzichte van de onderwaterbodem. Vanaf het platform wordt vervolgens een positioneerraamwerk tot op de onderwaterbodem neergelaten. Een bekend positioneerraamwerk omvat volgens een geometrisch patroon gerangschikte, onderling verbonden geleidingskokers voor funderingspalen. Vervolgens worden de funderingspalen met behulp van een op het platform aanwezige hijskraan door de geleidingskokers gebracht en met bijvoorbeeld helmiddelen in de onderwaterbodem gedreven. Wanneer alle funderingspalen in de onderwaterbodem zijn aangebracht wordt de jacket op de gevormde fundering aangebracht door benen van de jacket in de palen aan te brengen (ook wel aangeduid met de engelse term ‘pin piling’) of rondom de palen aan te brengen (ook wel aangeduid met de engelse term ‘sleeve piling’). De funderingpalen en de benen van de jacket zijn ingericht om een onderlinge verbinding tot stand te brengen. Zo worden bijvoorbeeld holle funderingspalen voorzien in geval van pin piling, en holle benen van de jacket in geval van sleeve piling.

Het is van groot belang de funderingspalen op de correcte posities in de onderwaterbodem aan te brengen en er voor te zorgen dat de funderingspalen onder een nauwkeurig bepaalde hoek in de onderwaterbodem worden aangebracht. Zo kan in veel gevallen slechts een maximale hoekafwijking van 1° ten opzichte van de verticale richting worden toegestaan. Daarom wordt in de bekende werkwijze gebruik gemaakt van een op de onderwaterbodem rustend platform en positioneerraamwerk.

De bekende werkwijze is echter minder geschikt wanneer een fundering moet worden gevormd in een relatief zwakke onderwaterbodem. Door een verminderd draagvermogen van tenminste een bovenlaag van de onderwaterbodem bestaat het risico dat platform en/of positioneerraamwerk wegzakken in de bovenlaag wat ongewenst is.

De uitvinding beoogt te voorzien in een inrichting en werkwijze voor het op nauwkeurige wijze in een onderwaterbodem met verminderd draagvermogen aanbrengen van funderingspalen.

De uitvinding verschaft hiertoe een positioneerraamwerk voor het in een onderwaterbodem aanbrengen van volgens een geometrisch patroon gerangschikte funderingspalen, omvattende volgens het geometrisch patroon gerangschikte, onderling verbonden geleidingskokers voor de funderingspalen, drijfmiddelen die het positioneerraamwerk drijfvermogen verschaffen, en regelmiddelen die het drijfvermogen van het positioneerraamwerk kunnen instellen. De drijfmiddelen geven het positioneerraamwerk niet alleen drijfvermogen waardoor het positioneerraamwerk relatief eenvoudig drijvend naar een gewenste locatie kan worden vervoerd, maar laten ook toe om het positioneerraamwerk middels de regelmiddelen op verschillende dieptes onder water te positioneren. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk om het positioneerraamwerk tot op geringe hoogte van de onderwaterbodem te brengen zonder dat dit afsteunt op de onderwaterbodem. Om het positioneerraamwerk nauwkeurig te kunnen positioneren is het volgens de uitvinding niet meer noodzakelijk om het positioneerraamwerk op de onderwaterbodem te laten rusten. Met het uitgevonden positioneerraamwerk wordt het mogelijk funderingspalen in een onderwaterbodem aan te brengen waarvan tenminste een bovenlaag relatief weinig draagvermogen bezit. Het mogelijk verzakken van een op een onderwaterbodem geplaatst positioneerraamwerk wordt eveneens verminderd of zelfs voorkomen.

Een verder voordeel van het uitgevonden positioneerraamwerk betreft het relatief lage plaatsbeslag ervan. Inderdaad is het niet nodig het positioneerraamwerk te voorzien van brede voetsteunen om wegzakken in de onderwaterbodem te belemmeren. Het positioneerraamwerk kan dus met voordeel worden toegepast op locaties waar relatief weinig ruimte voorhanden is.

Het positioneerraamwerk volgens de uitvinding omvat bij voorkeur een vakwerkstructuur met een op de hoekpunten ervan op afstand van elkaar opgesteld aantal geleidingskokers, die door buisvormige vakwerkelementen zijn verbonden. In een voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting zijn de drijfmiddelen star opgenomen in het positioneerraamwerk. Hierin kunnen de drijfmiddelen bijvoorbeeld met vakwerkelementen zijn verbonden met de geleidingskokers.

Geschikte drijfmiddelen omvatten in een uitvoeringsvorm een, bij voorkeur star, drijflichaam met een inwendige holte. Het starre drijflichaam zorgt er mede voor dat het positioneerraamwerk op stabiele wijze onder water kan worden gepositioneerd.

Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm omvat een positioneerraamwerk waarvan de regelmiddelen middelen omvatten voor het aan de inwendige holte van het drijflichaam toevoeren van een medium en/of het uit de inwendige holte afvoeren van een medium. Het zal duidelijk zijn dat de vakman meerdere regelmiddelen met boven gesteld doel tot zijn beschikking heeft. Geschikte regelmiddelen omvatten toe- en/of afvoermiddelen in de vorm van pompmiddelen en/of kleppen in een wand van het drijflichaam. Het drijfvermogen van het positioneerraamwerk kan bijvoorbeeld worden verlaagd door het aan een inwendige holte van het drijflichaam toevoeren van een medium met een dichtheid die tenminste gelijk is aan de dichtheid van water, bij voorkeur water zelf. Dit kan op geschikte wijze gebeuren door het openen van een klep in een wand van het drijflichaam, waardoor omgevingswater in de inwendige holte van het drijflichaam stroomt. De klep wordt weer gesloten als de gewenste dieptepositie is bereikt. Het drijfvermogen kan worden verhoogd door het aan de inwendige holte van het drijflichaam toevoeren van een medium met een dichtheid die kleiner is dan de dichtheid van water, en/of het uit de inwendige holte afvoeren van een medium met een dichtheid die tenminste gelijk is aan de dichtheid van water. Dit kan bijvoorbeeld gebeuren door perslucht onder druk in de inwendige holte te pompen waarbij het in de inwendige holte aanwezige water onder druk wordt gezet. Door een klep te openen kan het water uit de inwendige holte ontsnappen.

Met een drijvende toestand van het positioneerraamwerk wordt in het kader van deze aanvraag een positie aangeduid waarin een groter gedeelte van het positioneerraamwerk zich boven water bevindt en een kleiner gedeelte onder water. Met een ondergedompelde toestand van het positioneerraamwerk wordt een positie aangeduid waarin een groter gedeelte van het positioneerraamwerk zich onder water bevindt. Met de gebruikstoestand wordt een positie aangeduid waarin het positioneerraamwerk zich in hoofdzaak volledig onder water bevindt, met uitzondering eventueel van topgedeeltes van de geleidingskokers en het drijflichaam.

Het drijflichaam kan één inwendige holte omvatten of meerdere onderling gescheiden inwendige holtes. In een geschikte uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt een positioneerraamwerk verschaft waarin het drijflichaam is ingedeeld in een aantal onderling in verbinding staande, afsluitbare inwendige holtes. Hiermee wordt het mogelijk de dieptepositie van het positioneerraamwerk onder water nauwkeuriger te regelen.

De afmetingen van het positioneerraamwerk in het vlak zijn in beginsel groter dan de afmetingen uit het vlak, waarbij de richting uit het vlak overeenkomt met een richting die evenwijdig is aan de neerlaatrichting van het positioneerraamwerk. De geleidingskokers zijn ingericht om de in de onderwaterbodem aan te brengen funderingspalen te ontvangen en te geleiden, en omvatten bij voorkeur cilindrische mantels waarvan de lengteas evenwijdig aan de uit het vlak richting van het positioneerraamwerk verloopt. De geleidingskokers zijn volgens een geometrisch patroon gerangschikt waarbij dit patroon overeenkomt met het gewenste geometrische patroon van de funderingspalen. De buisvormige vakwerkelementen die zich tussen de geleidingskokers en het drijflichaam uitstrekken zorgen ervoor dat de geleidingskokers en het drijflichaam in hoofdzaak in positie blijven tijdens het naar boven brengen en neerlaten van het positioneerraamwerk. Het is eventueel mogelijk het positioneerraamwerk geometrisch aanpasbaar te maken, bijvoorbeeld door in lengte aanpasbare vakwerkelementen toe te passen.

Het positioneerraamwerk omvat in een uitvoeringsvorm meetmiddelen die zijn ingericht om de inclinatie van het positioneerraamwerk te bepalen en/of de hoogtepositie van in de onderwaterbodem aangebrachte funderingspalen. Ook is het mogelijk het positioneerraamwerk uit te rusten met aandrijfmiddelen zoals stuwers bijvoorbeeld om een nauwkeurige positionering mogelijk te maken.

Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm omvat een positioneerraamwerk waarin het drijflichaam dusdanig is gevormd dat het drukkingspunt van het positioneerraamwerk boven het zwaartepunt van het positioneerraamwerk ligt, tenminste in drijvende toestand, en bij voorkeur tevens in ondergedompelde toestand, met de meeste voorkeur in de gebruikstoestand. Met het drukkingspunt of vormzwaartepunt (Engels: center of buoyancy) van een lichaam wordt het geometrisch zwaartepunt van dat deel van een lichaam dat zich onder water bevindt aangeduid. Dit komt overeen met het zwaartepunt v an de door het lichaam verplaatste watermassa. Opgemerkt wordt dat de vulgraad van (de inwendige holte(s) van het drijflichaam van) het positioneerraamwerk zal verschillen in de drijvende en de ondergedompelde toestand en dus ook de positie van het zwaartepunt en vormzwaartepunt.

Een uitvoeringsvorm van de uitvinding ziet op een positioneerraamwerk waarin het drijflichaam een langwerpig lichaam omvat waarvan een lengteas zich in hoofdzaak evenwijdig uitstrekt aan een aslijn van de geleidingskokers. Het heeft voordelen wanneer de lengteas van het drijflichaam door het zwaartepunt van het positioneerraamwerk loopt. Dit kan op eenvoudige wijze worden gerealiseerd door het drijflichaam centraal in het positioneerraamwerk op te nemen. Ook is het mogelijk meerdere drijflichamen in het positioneerraamwerk op te nemen. Aldus wordt bereikt dat het positioneerraamwerk slechts minimaal beweegt onder invloed van de werking van golven en stroming.

Een andere uitvoeringsvorm is gericht op een positioneerraamwerk waarin de geleidingskokers een langwerpig lichaam omvatten met dusdanige lengte dat deze zich in gebruik uitstrekken tot boven het wateroppervlak. Deze uitvoeringsvorm heeft als voordeel dat het vanaf een drijvend platform en met het positioneerraamwerk in een ondergedompelde of gebruikspositie eenvoudiger wordt om de funderingspalen door de geleidingskokers te geleiden. De toppen van de geleidingskokers zijn immers zichtbaar voor de bediener van de hijskraan die de funderingspalen dient te plaatsen.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm wordt een positioneerraamwerk volgens de uitvinding verschaft waarin de geleidingskokers geluiddempend zijn. Dit kan bijvoorbeeld worden bereikt door de geleidingskokers dubbelwandig uit te voeren en lucht in te brengen tussen of langs beide wanden, bij voorkeur van onderaf. Het aldus gecreëerde luchtbelscherm zorgt ervoor dat de bij het in de onderwaterbodem aanbrengen van de funderingspalen ontstane geluidsgolven gedempt worden. Dit is gunstig voor levende organismes in de omgeving. De geleidingskokers strekken zich in deze uitvoeringsvorm bij voorkeur uit vanaf de onderwaterbodem tot boven het wateroppervlak. In een geschikte uitvoeringsvorm zijn de geleidingkokers derhalve in hoogte verstelbaar ten opzichte van andere gedeeltes van het positioneerraamwerk, zoals bijvoorbeeld de vakwerkelementen en/of het drijflichaam. De geleidingskokers kunnen de gewenste hoogte bezitten, maar het is ook mogelijk het positioneerraamwerk te voorzien van geleidingskokers met een relatief kleine hoogte, en de hoogte van de geleidingskokers aan te passen door hierin verlengkokers met een grotere lengte op te nemen, of op andere wijze te verbinden. De verlengkokers kunnen in deze uitvoeringsvorm geluiddempend zijn uitgevoerd volgens bovengenoemde beginselen.

De uitvinding betreft eveneens een samenstel van een drijvend platform en een, optioneel met het platform gekoppeld, positioneerraamwerk volgens de uitvinding. Het is mogelijk het positioneerraamwerk vanaf het platform op te hangen aan een aantal trekkabels, waarbij de kabels in lengte kunnen worden gevarieerd door op het werkdek van het platform aangebrachte lieren bijvoorbeeld. Met de lieren kan de kabellengte worden verkort of verlengd, waarbij het positioneerraamwerk respectievelijk wordt gehesen of neergelaten vanaf het platform. Het positioneerraamwerk kan hierbij eventueel zijn gekoppeld met het platform. Het positioneerraamwerk is bij voorkeur in hoofdzaak horizontaal uitgelijnd in de gebruikpositie.

Dit kan bijvoorbeeld gebeuren door het positioneerraamwerk middels drie, en bij voorkeur middels vier kabels op te hangen, waarbij elke kabel onafhankelijk van de andere kabels in lengte kan worden gevarieerd door lieren. Dit is in het bijzonder van belang omdat het positioneerraamwerk bij voorkeur niet volledig op de onderwaterbodem rust.

Het positioneerraamwerk volgens de uitvinding komt het beste tot zijn recht wanneer het positioneerraamwerk onafhankelijk van het platform wordt neergelaten. Het platform omvat bij voorkeur een drijvend platform zonder spudpalen. Een dergelijke uitvoeringsvorm verschaft een samenstel dat niet op de onderwaterbodem hoeft te rusten, zodat het draagvermogen van de onderwaterbodem geen bijzondere rol speelt en de inrichting en werkwijze volgens de uitvinding ook bij onderwaterbodems met een relatief zachte bovenlaag goed toepasbaar is. Hierbij omvat het positioneerraamwerk bij voorkeur ankermiddelen voor het met de onderwaterbodem verbinden van het positioneerraamwerk, zodat dit op zijn plaats blijft en nauwkeurig kan worden gepositioneerd.

In een uitvoeringsvorm omvatten de ankermiddelen via aan het drijflichaam bevestigde geleidemiddelen verlopende trekkabels, die door middel van lieren kunnen worden aangespannen en aan een uiteinde een anker omvatten. De lieren en andere hulpmiddelen zoals de pompmiddelen bijvoorbeeld, evenals de bediening voor eventuele kleppen en dergelijke bevinden zich in een uitvoeringsvorm op een draagvloer die aan een bovenzijde van het drijflichaam hiermee is verbonden en in gebruik boven de waterspiegel wordt gehouden.

De uitvinding betreft eveneens een werkwijze voor het in een onderwaterbodem aanbrengen van volgens een geometrisch patroon gerangschikte funderingspalen voor het vervaardigen van een fundering voor een zich op hoogte bevindende massa, zoals de jacket van een windturbine of een jetty. De uitgevonden werkwijze omvat het verschaffen van een positioneerraamwerk volgens de uitvinding of een samenstel daarvan met een drijvend platform, het door middel van de regelmiddelen verlagen van het drijfVermogen van het positioneerraamwerk zodat dit wordt neergelaten van een hoge positie naar een lagere positie op of in de onmiddellijke nabijheid van de onderwaterbodem; en het in de onderwaterbodem drijven van de palen doorheen de geleidingskokers van het positioneerraamwerk in de lagere positie.

De werkwijze omvat meer in het bijzonder vooreerst het vaststellen van de positie voor ten minste één funderingspaal en het dusdanig positioneren van het positioneerraamwerk met behulp van het drijflichaam en de ankermiddelen dat ten minste één geleidingskoker van het positioneerraamwerk zich recht boven de genoemde paalpositie bevindt. Het positioneerraamwerk wordt in een uitvoeringsvorm met de onderwaterbodem verbonden middels ankermiddelen. Het aanbrengen van een eerste paal door de ten minste één geleidingskoker fixeert het positioneerraamwerk. Door het laten zakken van de geleidingskokers kan het positioneerraamwerk eveneens worden gefixeerd, eventueel in samenwerking met de ankermiddelen, zonder dat het aanbrengen van een eerste paal door een geleidingskoker noodzakelijk is. In een gefixeerde positie zullen de geleidingskokers voor de andere palen zich automatisch in hun correcte posities bevinden omdat hun onderlinge posities worden bepaald door het geometrische ontwerp van het positioneerraamwerk. Hierdoor is een positiebepaling voor elke paal afzonderlijk niet meer nodig.

Het heeft voordelen wanneer het werkdek van het platform is voorzien van ten minste één opening (ook wel aangeduid met ‘moonpool’), die is ingericht om een paal door te leiden en die verticaal is uitgelijnd met één van de geleidingskokers van het positioneerraamwerk waarbij een samenstel van platform en positioneerraamwerk dusdanig wordt gepositioneerd dat de opening zich recht boven genoemde paalpositie bevindt en is uitgelijnd met één van de geleidingskokers.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding strekken de geleidingskokers zich in de lagere positie van het positioneerraamwerk uit tot boven het wateroppervlak. Dit bevordert het nauwkeurig inbrengen van de funderingspalen in de geleidingskokers.

De funderingspalen kunnen op elke wijze in de onderwaterbodem worden aangebracht zoals bijvoorbeeld door middel van een pneumatische of hydraulische hamer, doorgaans vanaf het platform.

Na het in de onderwaterbodem aanbrengen van de funderingspalen kan het positioneerraamwerk desgewenst worden verwijderd door dit te heffen met op het platform aanwezige hefmiddelen, maar bij voorkeur door het drijfvermogen van het positioneerraamwerk te verhogen zodat dit opstijgt van de lagere positie naar een hogere positie, eventueel een positie overeenkomstig de drijvende toestand van het raamwerk. Het drijvend vermogen zorgt tevens voor het loskomen van de geleidingskokers. Het positioneerraamwerk kan desgewenst in drijvende toestand worden afgevoerd.

De uitvinding betreft verder een werkwijze voor het op een fundering installeren van een zich op hoogte bevindende massa, zoals de jacket van een windturbine of een jetty, waarbij de fundering een middels de hierboven beschreven werkwijze in een onderwaterbodem aangebracht aantal funderingspalen omvat, de werkwijze omvattende het in of rond de palen aanbrengen van benen van de zich op hoogte bevindende massa, en het verankeren van de benen aan de funderingspalen door middel van mortelvoegen (grouting).

De werkwijze volgens de uitvinding is in het bijzonder geschikt voor toepassing met cilindrische (eventueel) holle funderingspalen die een buitendiameter hebben van ten minste 1.2 m, met meer voorkeur ten minste 1.5 m, en met de meeste voorkeur ten minste 1.8 m, en met een (eventuele) wanddikte van 0.01 tot 0.1 m, met meer voorkeur van 0.02 to 0.08 m, en met de meeste voorkeur van 0.04 to 0.06 m.

De werkwijze volgens de uitvinding is verder bijzonder geschikt voor cilindrische (holle) funderingspalen met een lengte van meer dan 20 m, met meer voorkeur ten minste 25 m en met de meeste voorkeur ten minste 30 m, en een gewicht van 20 tot 250 ton, met meer voorkeur van 60 tot 200 ton, en met de meeste voorkeur van 75 tot 180 ton.

De uitvinding zal nu in meer detail worden toegelicht onder verwijzing naar de tekeningen, zonder overigens daartoe te worden beperkt. In de figuren toont:

Fig. 1 schematisch een perspectivisch aanzicht van een uitvoeringsvorm van het positioneerraamwerk volgens de uitvinding;

Fig. 2 schematisch een zijaanzicht van de in figuur 1 getoonde uitvoeringsvorm van het positioneerraamwerk volgens de uitvinding met opgetrokken verlengkokers;

Fig. 3 schematisch een zijaanzicht van de in figuur 1 getoonde uitvoeringsvorm van het positioneerraamwerk volgens de uitvinding met neergelaten verlengkokers;

Fig. 4 en 5 schematische zijaanzichten van een aantal uitvoeringsvormen van het positioneerffame;

Fig. 6-11 schematische zijaanzichten van een aantal uitvoeringsvormen van werkwijzenstappen voor het in een onderwaterbodem aanbrengen van funderingspalen doorheen de geleidingskokers van het positioneerffame in de gebruikspositie; en

Fig. 12 schematisch een volgens de uitvinding op een fundering van palen geplaatste jacket van een windturbine.

Onder verwijzing naar figuur 1 wordt een positioneerraamwerk 1 volgens de uitvinding getoond. In de getoonde uitvoeringsvorm omvat het positioneerraamwerk 1 op hoekpunten vier cilindrische geleidingskokers (2a, 2b, 2c, 2d) die zijn ingericht om een paal te ontvangen en te geleiden. De geleidingskokers (2a, 2b, 2c, 2d) zijn onderling star met elkaar verbonden door zijvakwerken (3a, 3b, 3c, 3d) die zijn opgebouwd uit buisvormige structuurelementen. Dwarsverbanden (4a, 4b, 4c, 4d) verbinden de geleidingskokers (2a, 2b, 2c, 2d) star met een centraal drijflichaam 6 waardoor het vakwerk nog aan structurele stijfheid wint. Bijkomende vakwerkelementen kunnen desgewenst worden toegevoegd om voldoende stijfheid op te bouwen.

De geleidingskokers (2a, 2b, 2c, 2d) worden in een vaste positie ten opzichte van elkaar gehouden door de zijvakwerken (3a, 3b, 3c, 3d) en de dwarsverbanden (4a, 4b, 4c, 4d) en wel dusdanig dat de geleidingskokers (2a, 2b, 2c, 2d) volgens een geometrisch patroon zijn gerangschikt, welk patroon in de in figuur 1 getoonde uitvoeringsvorm een vierhoek is met een zijde van ongeveer 20 m. Elk ander geometrisch patroon is echter mogelijk, zoals een driehoek of andere veelhoek, of een cirkel bijvoorbeeld.

Elke geleidingskoker (2a, 2b, 2c, 2d) wordt door een basisplaat (21a, 21b, 21c, 21d) ondersteund en omvat verder een cilindrische verlengkoker (22a, 22b, 22c, 22d) die desgewenst in de hoogterichting 7 verschuifbaar is aangebracht in de geleidingskoker (2a, 2b, 2c, 2d). Ook is het mogelijk dat de geleidingskokers (2a, 2b, 2c, 2d) ten opzichte van de basisplaten (21a, 21b, 21c, 2ld) kunnen verschuiven. De basisplaten (21a, 21b, 21c, 2ld) hebben een bewegingsdempende functie. In figuren 2 en 3 wordt bijvoorbeeld getoond dat de verlengkokers 22b en 22c (de kokers 22a en 22d zijn niet zichtbaar) zich in een verhoogde stand (figuur 2) ten opzichte van de geleidingskokers 2b en 2c, bevinden, daar waar zij zich in figuur 3 in een verlaagde stand bevinden. In de verlaagde stand rusten de verlengkokers (22a, 22 b, 22c, 22d) eventueel op de onderwaterbodem 30. De verlengkokers (22a, 22b, 22c, 22d) vormen elk een langwerpig lichaam met dusdanige lengte (5a, 5b,5c, 5d) dat de geleidingskokers zich in gebruik uitstrekken tot boven het wateroppervlak 32, zoals bijvoorbeeld getoond in figuren 2 en 3. De geleidingskokers (2a, 2b, 2c, 2d) zijn in de getoonde uitvoeringsvorm geluiddempend. Dit kan bijvoorbeeld worden bereikt door de verlengkokers (22a, 22b, 22c, 22d) dubbelwandig uit te voeren en van onderaf lucht in te brengen tussen beide wanden. Hiertoe zijn niet getoonde luchttoevoermiddelen aanwezig. De lengte (5a, 5b, 5c, 5d) van de verlengkokers (22a, 22b, 22c, 22d) kan binnen brede grenzen worden gekozen, afhankelijk van de situatie ter plaatse, maar kan bijvoorbeeld 20-30 m en meer bedragen. Het is tevens mogelijk de geleidingskokers (2a, 2b, 2c, 2d) en de verlengkokers (22a, 22b, 22c, 22d) in één geheel uit te voeren.

Het starre drijflichaam 6 omvat in de getoonde uitvoeringsvorm een zich in de hoogterichting 7 uitstrekkend langwerpig lichaam waarvan een lengteas 8 zich in hoofdzaak evenwijdig uitstrekt aan een aslijn van de geleidingskokers (2a, 2b, 2c, 2d). Het drijflichaam 6 is centraal opgenomen in het positioneerraamwerk 1 waardoor de lengteas 8 van het drijflichaam 6 door het zwaartepunt Z van het gehele positioneerraamwerk 1 verloopt. Het drijflichaam 6 dat bijvoorbeeld uit metaal of beton is vervaardigd omvat een niet zichtbare inwendige holte. Aan de bovenzijde van het drijflichaam 6 is een draagvloer 9 voorzien die middels drukstangen (9a, 9b, 9c, 9d) is verbonden met het manteloppervlak van het drijflichaam 6. Op de draagvloer 9 bevinden zich regelmiddelen die tenminste pompmiddelen 91 omvatten voor het aan de inwendige holte van het drijflichaam 6 onder druk toevoeren van perslucht. De omtrekswand en/of de bodemwand van het drijflichaam 6 is voorzien van (niet zichtbare) kleppen voor het uitwisselen van omgevingswater tussen de inwendige holte van het drijflichaam 6 en de omgeving. Om het drijfvermogen van het positioneerraamwerk 1 te verlagen en het positioneerraamwerk 1 in het water te laten zakken in de richting van de onderwaterbodem 30 wordt tenminste één klep geopend waardoor omgevingswater in de inwendige holte stroomt en het positioneerraamwerk 1 aan gewicht wint. Om het drijfvermogen van het positioneerraamwerk 1 te verhogen en het positioneerraamwerk 1 in de richting van het wateroppervlak 32 te brengen wordt perslucht met pompen 91 van bovenafin de inwendige holte van het drijflichaam 6 gebracht. Hierdoor ontwijkt water vanuit de inwendige holte naar buiten en wordt de inwendige holte tenminste gedeeltelijk met lucht gevuld. Hierdoor verliest het positioneerraamwerk 1 aan gewicht waardoor het een minder diepe positie zal innemen.

Om de hoogtepositie van het positioneerraamwerk 1 nauwkeuriger in te kunnen stellen is in een uitvoeringsvorm het drijflichaam 6 ingedeeld in een aantal onderling in verbinding staande, afsluitbare inwendige holtes. Om het positioneerraamwerk 1 in de gewenste positie te fixeren is dit verder voorzien van ankermiddelen voor het met de onderwaterbodem 30 verbinden van het positioneerraamwerk. De ankermiddelen omvatten in de getoonde uitvoeringsvorm 4 trekkabels (62a, 62b, 62c, 62d) die aan één zijde met de onderwaterbodem 30 worden verankerd door middel van ankers (63a, 63b, 63c, 63d), en die aan de andere zijde verlopen over een aantal lieren 90, die zich op de draagvloer 9 bevinden, en waarmee de trekkabels (62a, 62b, 62c, 62d) kunnen worden aangetrokken of gevierd. De trekkabels (62a, 62b, 62c, 62d) verlopen door aan het drijflichaam 6 bevestigde geleidemiddelen 64 om er voor te zorgen dat de trekkabels zo vlak mogelijk verlopen. Het drijflichaam 6 is dusdanig gevormd dat het drukkingspunt D van het positioneerraamwerk 1 zich boven het zwaartepunt Z van het positioneerraamwerk 1 bevindt in een ondergedompelde toestand. Hierdoor zal het positioneerraamwerk 1 bij door stroming opgewekte schommelingen steeds naar een stabiele positie terugkeren.

Onder verwijzing naar figuur 4 wordt een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding getoond, welke werkwijze wordt gekenmerkt door het verschaffen van een drijvend tuig 10 dat is voorzien van hijsmiddelen in de vorm van hijskraan 18. Het drijvend tuig 10 kan bijvoorbeeld een vaartuig, een platform, een ponton of een aantal pontons omvatten, en kan zelfstandig aangedreven zijn of niet. Het positioneerframe 1 met de, onderling verbonden, volgens een geometrisch patroon gerangschikte geleidingskokers (2b, 2c) - de overige geleidingskokers 2a, 2d zijn niet zichtbaar in figuren 4 tot 11 - wordt onder tussenkomst van de hijskraan 18 en hijskabels 61 neergelaten tot in de nabijheid of op de onderwaterbodem 30 in een gebruikspositie, waarin het positioneerraamwerk 1 wordt verankerd met de onderwaterbodem 30. Bij het neerlaten van het positioneerraamwerk 1 kan het drijflichaam desgewenst verder met water of andere ballast worden gevuld om het positioneerraamwerk 1 te verzwaren. Het is ook mogelijk het positioneerraamwerk zonder tussenkomst van de hijskabels 61 neer te laten.

Een andere uitvoeringsvorm wordt getoond in figuur 5. Hierin wordt het positioneerframe 1 gepositioneerd en/of gericht door het frame 1 te voorzien van een samenstel van wendbare stuwers 67 (thrusters), die in staat zijn het positioneerframe 1 aan te drijven in een gekozen richting, een en ander afhankelijk van de richting waarin de wendbare stuwers 67 worden gericht. Het positioneerframe 1 kan op deze wijze nauwkeurig worden geplaatst in de gewenste gebruikspositie.

Onder verwijzing naar figuur 6 wordt een voorkeursuitvoeringsvorm getoond waarin het positioneerframe 1 wordt gepositioneerd en/of gericht door het frame 1 aan te grijpen met van ankers (63a, 63b, 63c, 63d) voorziene trekkabels (621, 62b, 62c, 62d), welke laatste zijn verbonden met op de draagvloer 9 aanwezige lieren 90. Door verankering van de trekkabels 62 in de ondergrond 30 met behulp van de ankers 63 kan door aantrekken en/of laten vieren van de trekkabels 62 middels de lieren 90 het frame 1 nauwkeurig worden gepositioneerd. Het positioneerframe 1 kan hierbij op de gewenste diepte worden gehouden door het gedeeltelijk vullen van de inwendige holte van het drijflichaam 6 met lucht.

Eens het positioneerframe 1 op of bij voorkeur op zekere hoogte boven de onderwaterbodem 30 is gepositioneerd volgens de hierboven beschreven uitvoeringsvormen worden funderingspalen 40 doorheen de geleidingskokers (2a, 2b, 2c, 2d) van het positioneerframe 1 in de gebruikspositie in de ondergrond 30 aangebracht.

Een mogelijke uitvoeringsvorm wordt in figuur 6 getoond. Opgemerkt wordt dat het positioneerframe 1 zich in de getoonde uitvoeringsvorm vóór, achter of onder het platform 10 kan bevinden en onafhankelijk van het platform 10 in een positie op of boven de onderwaterbodem 30 werd neergelaten. Bevindt het positioneerraamwerk 1 zich onder het platform 10 dan is het werkdek 11 van het platform 10 bij voorkeur voorzien van een moonpool 16b. Dit is overigens niet noodzakelijk. Zoals getoond in figuur 6 kan een bekledingsbuis 41 voor een funderingspaal 40 door de hijskraan 18 worden opgenomen en in de moonpool 16b van het platform 10 worden geplaatst boven de gewenste positie 33 van de eerste funderingspaal. Bevindt de positie 33 zich naast het platform 10 dan is deze stap niet nodig.

In een volgende stap van de werkwijze (zie figuur 7) wordt een funderingspaal 40 vanaf een zich op het werkdek 11 bevindend opslagrek 42 opgenomen door de hijskraan 18 en neergelaten totdat de onderzijde van de paal 40 zich op het niveau van de bovenzijde van een verlengkoker 22b bevindt, en vervolgens hierin neergelaten tot een niveau 43 dat zich relatief dicht bij het niveau van de onderwaterbodem 30 bevindt (zie figuur 8).

Eens de funderingspaal 40 op correcte wijze is uitgelijnd met de van de verlengkoker 22b voorziene geleidingskoker 2b wordt de funderingspaal 40 verder neergelaten en in de onderwaterbodem 30 gebracht onder zijn eigen gewicht, in welk proces de funderingspaal 40 wordt geleid door geleidingskoker 2c, zoals getoond in figuur 9. Onder verwijzing naar figuur 10 wordt de paal 40 vervolgens in de ondergrond 30 gedreven totdat de top van de funderingspaal 40 tot ver in de geleidingskoker 2b is doorgedrongen. De funderingspaal 40 kan in de ondergrond 30 worden gedreven door middel van een pneumatische hamer 44, die zich in de verlengkoker 22b bevindt. Doordat de verlengkokers (22a, 22b, 22c, 22d) geluiddempend zijn ondervindt de omgeving verminderde hinder van de door de pneumatische hamer gegenereerde geluidsgolven.

De hierboven beschreven opvolging van werkwijzenstappen wordt vervolgens een aantal malen herhaald, afhankelijk van het gewenste aantal funderingspalen 40 dat moet worden aangebracht in de onderwaterbodem 30. Omdat de geleidingskokers (2a, 2b, 2c, 2d) van het positioneerframe 1 zich automatisch in de correcte posities bevinden kunnen alle palen op efficiënte wijze in de ondergrond 30 worden gedreven zonder tijd te verliezen met het bepalen van de positie voor elke paal afzonderlijk. Omdat het positioneerframe 1 drijfvermogen heeft hoeft dit frame 1 tijdens het in de onderwaterbodem 30 aanbrengen van de funderingspalen 40 niet op de onderwaterbodem 30 te rusten. Hierdoor wordt het in de bovenlaag van de onderwaterbodem 30 wegzakken van het positioneerraamwerk 1 vermeden. Opgemerkt wordt dat het ondergedompelde positioneerraamwerk 1 tijdens het aanbrengen van de funderingspalen 40 goed op zijn plaats is te houden door de verankering. Gebleken is dat het raamwerk 1 relatief weinig last heeft van door stroming opgewekte bewegingen wat verrassend mag worden genoemd.

Nadat alle funderingspalen 40 in de onderwaterbodem 30 zijn aangebracht kan het positioneerffame 1 eventueel worden verwijderd door het drijflichaam 6 te vullen met lucht. Hierdoor vermindert het drijfvermogen van het positioneerraamwerk 1 waardoor dit zich naar het wateroppervlak 32 zal begeven. Desgewenst kan voorafgaand aan het verwijderen van het positioneerframe 1 de positie van de funderingspalen 40 en/of de verticale positie van de top van elk van de funderingspalen 40 worden nagegaan door hiertoe geëigende optische middelen, zoals camera’s.

Onder verwijzing naar figuur 12 kan op de zoals hierboven beschreven gerealiseerde fundering een jacket 150 van een windturbine 151 worden geplaatst. Dit kan bijvoorbeeld gebeuren door het in of rond de palen 40 aanbrengen van benen 152 van de jacket 150, en het verankeren van de benen 152 aan de palen 40 door middel van mortelvoegen (grouting).

De werkwijze en positioneerframe volgens de uitvinding laten toe op efficiënte wijze een paalfimdering te verschaffen in een onderwaterbodem waarvan tenminste een bovenlaag een verminderd draagvermogen bezit.

Claims (20)

1. Conclusies

   1. Positioneerraamwerk (1) voor het in een onderwaterbodem (30) aanbrengen van volgens een geometrisch patroon gerangschikte funderingspalen (40), omvattende volgens het geometrisch patroon gerangschikte, onderling verbonden geleidingskokers (2a, 2b, 2c, 2d) voor de funderingspalen (40), drijfmiddelen (6) die het positioneerraamwerk (1) drijfvermogen verschaffen, en regelmiddelen (90, 91) die het drijfvermogen van het positioneerraamwerk (1) kunnen instellen.
2. 2. Positioneerraamwerk volgens conclusie 1, waarin de drijfmiddelen star zijn opgenomen in het positioneerraamwerk.
3. 3. Positioneerraamwerk volgens conclusie 1 of 2, waarin de drijfmiddelen een star drijflichaam omvatten met een inwendige holte.
4. 4. Positioneerraamwerk volgens conclusie 3, waarin de regelmiddelen middelen omvatten voor het aan de inwendige holte van het drijflichaam toevoeren van een medium en/of het uit de inwendige holte afvoeren van een medium.
5. 5. Positioneerraamwerk volgens conclusie 4, waarin de toe- en/of afvoermiddelen pompmiddelen omvatten en/of kleppen in een wand van het drijflichaam.
6. 6. Positioneerraamwerk volgens één der conclusies 3-5, waarin het drijflichaam is ingedeeld in een aantal onderling in verbinding staande, afsluitbare inwendige holtes.
7. 7. Positioneerraamwerk volgens één der conclusies 3-6, waarin het drijflichaam (6) dusdanig is gevormd dat het drukkingspunt (D) van het positioneerraamwerk boven het zwaartepunt (Z) van het positioneerraamwerk (1) ligt.
8. 8. Positioneerraamwerk volgens één der conclusies 3-7, waarin het drijflichaam (6) een langwerpig lichaam omvat waarvan een lengteas (8) zich in hoofdzaak evenwijdig uitstrekt aan een aslijn van de geleidingskokers (2a, 2b, 2c,2d).
9. 9. Positioneerraamwerk volgens conclusie 8, waarin de lengteas van het drijflichaam door het zwaartepunt van het positioneerraamwerk loopt.
10. 10. Positioneerraamwerk volgens één der voorgaande conclusies, waarin de geleidingskokers (2a, 2b, 2c, 2d) een langwerpig lichaam omvatten met dusdanige lengte (5a, 5b, 5c, 5d) dat deze zich in gebruik uitstrekken tot boven het wateroppervlak (32).
11. 11. Positioneerraamwerk volgens één der voorgaande conclusies, waarin de geleidingskokers geluiddempend zijn.
12. 12. Positioneerraamwerk volgens één der voorgaande conclusies, omvattende ankermiddelen voor het met de onderwaterbodem verbinden van het positioneerraamwerk.
13. 13. Positioneerraamwerk volgens conclusie 12, waarin de ankermiddelen via aan het drijflichaam bevestigde geleidemiddelen verlopende trekkabels omvatten, die door middel van lieren kunnen worden aangespannen.
14. 14. Samenstel van een drijvend platform (10) en een, optioneel met het platform gekoppeld, positioneerraamwerk (1) volgens één der conclusies 1-13.
15. 15. Werkwijze voor het in een onderwaterbodem aanbrengen van volgens een geometrisch patroon gerangschikte funderingspalen, omvattende de stappen van: het verschaffen van een positioneerraamwerk volgens één der conclusies 1-13 of een samenstel volgens conclusie 14, het door middel van de regelmiddelen verlagen van het drijfvermogen van het positioneerraamwerk zodat dit wordt neergelaten van een hoge positie naar een lagere positie op of in de onmiddellijke nabijheid van de onderwaterbodem; en het in de onderwaterbodem drijven van de palen doorheen de geleidingskokers van het positioneerraamwerk in de lagere positie.
16. 16. Werkwijze volgens conclusie 15, waarbij het drijfvermogen wordt verlaagd door het aan een inwendige holte van een drijflichaam toevoeren van een medium met een dichtheid die tenminste gelijk is aan de dichtheid van water.
17. 17. Werkwijze volgens conclusie 15 of 16, waarbij het drijfvermogen wordt verhoogd door het aan een inwendige holte van een drijflichaam toevoeren van een medium met een dichtheid die kleiner is dan de dichtheid van water, en/of het uit de inwendige holte afvoeren van een medium met een dichtheid die tenminste gelijk is aan de dichtheid van water.
18. 18. Werkwijze volgens één der conclusies 15-17, waarbij de geleidingskokers zich in de lagere positie van het positioneerraamwerk uitstrekken tot boven het wateroppervlak.
19. 19. Werkwijze volgens één der conclusies 15-18, waarbij het positioneerraamwerk met de onderwaterbodem wordt verbonden middels ankermiddelen.
20. 20. Werkwijze voor het op een fundering installeren van een zich op hoogte bevindende massa, zoals de jacket van een windturbine of een jetty, waarbij de fundering een middels de werkwijze volgens één der conclusies 15-19 in een onderwaterbodem aangebracht aantal funderingspalen omvat, de werkwijze omvattende het in of rond de funderingspalen aanbrengen van benen van de zich op hoogte bevindende massa, en het verankeren van de benen aan de funderingspalen door middel van mortelvoegen.