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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Wasserbauwerks, insbesondere zum Herstellen eines Fundamentes für ein Wasserbauwerk gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.
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Es ist bekannt zum Herstellen eines Wasserbauwerks, beispielsweise eines Fundamentes für eine Offshore-Windenergieanlage, welches auf dem Grund eines Gewässers errichtet bzw. in den Grund des Gewässers eingebracht werden kann, das Wasserbauwerk komplett vorzufertigen. Anschließend wird das vorgefertigte Wasserbauwerk mit entsprechenden Hebezeugen, wie zum Beispiel einem Schwimmkran, angehoben und auf ein Schwimmfahrzeug, zum Beispiel eine schwimmende Plattform gesetzt. Die Plattform wird danach an eine vorbestimmte Position, dem geplanten Standort des Wasserbauwerks, verbracht. Mittels des Hebezeuges wird das Wasserbauwerk erneut von dem Schwimmfahrzeug gehoben und an der dafür vorgesehenen Stelle auf dem Grund des Gewässers abgesetzt.
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Bei dem bekannten Verfahren ist die Ausführung aufgrund der großen Abmessungen bzw. der hohen Eigengewichte der Wasserbauwerke problematisch.
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Die Handhabung derartig großer und gewichtiger Wasserbauwerke ist gegebenenfalls nur mit den schwersten Hebezeugen zu bewältigen. Diese sind jedoch aufgrund ihrer ebenfalls großen Abmessungen nicht mehr überall einsetzbar und gleichzeitig ist deren Einsatz sehr kostenintensiv, was die Wirtschaftlichkeit bekannter Verfahren in Frage stellt.
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Nach der
DE 25 58 404 A1 ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, bei dem ein Bauwerk und ein um das Bauwerk herum auszubildendes Mauerwerk auf einer gemeinsamen Fundamentplatte errichtet werden. Anschließend wird das Mauerwerk mit dem Bauwerk durch eine Deckplatte derart verbunden, dass ein Schwimmkörper ausgebildet ist. Die Vorfertigung des sich zumindest aus der Fundamentplatte und dem Mauerwerk ausbildenden Formteiles erfolgt dabei in einem Dock, welches anschließend geflutet wird, um das Aufschwimmen des Formteiles, welches das zumindest teilweise fertige Bauwerk trägt, zu erreichen. Anschließend kann im Bedarfsfall der Schwimmkörper noch am Ort seines Zuwasserlassens oder nach erfolgtem Verbringen an den Ort seiner Aufstellung weiter aufgebaut werden. Durch abschließendes Aufheben der Schwimmfähigkeit des Schwimmkörpers erfolgt ein Absinken des Bauwerks auf den Grund des Gewässers.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der vorbezeichneten Gattung zu schaffen, das eine vereinfachte und zugleich kostengünstige Herstellung eines Wasserbauwerks ermöglicht.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Wasserbauwerks, insbesondere zum Herstellen eines Fundaments für ein Wasserbauwerk, bei dem zumindest ein erstes Formteil einer Form für das Wasserbauwerk vorgefertigt wird, das vorgefertigte Formteil schwimmend zu Wasser gelassen wird, das schwimmende Formteil durch Anordnen weiterer Formteile zu einem schwimmfähigen Bauwerkkörper aufgebaut wird und der Bauwerkkörper an eine vorbestimmte Position über dem Gewässergrund schwimmend verbracht und danach die Schwimmfähigkeit des Bauwerkkörpers aufgehoben wird, ist nach der Erfindung vorgesehen, dass in das vorgefertigte Formteil wenigstens ein Traggestell eingesetzt wird, wobei das Formteil mittels des Traggestells in ein Gewässer gesetzt wird, welches mit dem Gewässer, in dem das Wasserbauwerk errichtet wird, in Verbindung steht oder verbunden wird, und ein fließfähiges, aushärtendes Material in vorbestimmte Bereiche des schwimmenden Formteils eingegeben wird.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte kann ein Wasserbauwerk auf einfache Art und Weise und somit kostengünstig hergestellt werden. Speziell auf den Einsatz von schweren Hebezeugen oder anderen kostenintensiven Fertigungshilfsmitteln, wie zum Beispiel einer Slipanlage bzw. eines Trockendocks, kann mit Vorteil verzichtet werden. Das erste Formteil der Form kann bevorzugt an Land, beispielsweise auf dem Kai einer Hafenanlage, gefertigt werden. Mittels einer vorteilhaften Formgebung kann das erste Formteil eine auftrieberzeugende Form erhalten, wodurch auf vorteilhafte Weise die Schwimmfähigkeit des ersten Formteils erreicht ist. Das Einsetzen eines Traggestells in das Formteil hat den Vorteil, dass das Traggestell an einer Vielzahl von Punkten an dem ersten Formteil befestigbar ist, so dass die aus dem Eigengewicht des Formteils resultierende Belastung jedes Angriffspunktes verhältnismäßig gering ist. Dadurch werden keine plastischen Verformungen an der Bodenplatte oder der Seitenwand verursacht und somit kann das Formteil für den folgenden Herstellungsprozess optimal weiter genutzt werden. Das Traggestell dient insbesondere als Transport- und Montagerahmen und kann beispielsweise mit vorbestimmten Bereichen oder Punkten einer Bodenplatte und einer Seitenwand des Formteils kraftschlüssig verbunden werden. Die geringen Abmessungen bzw. das geringe Gewicht des schwimmfähigen Formteils ermöglichen ein besonders einfaches Zuwasserlassen. Aufgrund der geringen Abmessungen und des geringen Eigengewichts des vorgefertigten ersten Formteils kann das Formteil mittels des Traggestells auf vorteilhafte Weise einfach in ein Gewässer eingesetzt werden. Das Einsetzen des schwimmfähigen Formteils kann beispielsweise mit Hilfe eines üblichen Mobilkranes erfolgen, so dass auf den kostenintensiven Einsatz schwerer Hebezeuge verzichtet werden kann und die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Vorteil verbessert ist. Dabei steht das Gewässer, in dem das Wasserbauwerk errichtet wird, mit dem Gewässer, in welches das Formteil eingesetzt wird, in Verbindung bzw. kann mit diesem verbunden werden. Das Eingeben eines fließfähigen, aushärtenden Materials insbesondere in dafür vorbestimmte Bereiche des schwimmenden Formteils schafft eine verstärkte Struktur und somit letztlich eine erhöhte Festigkeit des Wasserbauwerks. Das schwimmende erste Formteil kann durch Anordnen weiterer Formteile zu einem schwimmenden Bauwerkkörper des Wasserbauwerks aufgebaut werden, wobei die anzuordnenden Formteile eine stets optimal zu handhabende Größe aufweisen. Der Bau des Bauwerkkörpers kann somit stufenweise erfolgen und ermöglicht einen vorteilhaft einfachen Aufbau bis auf die gewünschte Größe des Wasserbauwerks. Der Auf- bzw. Ausbau kann bevorzugt von Land aus unter Zuhilfenahme üblicher Produktions- und Fertigungsmittel vorgenommen werden. Der fertiggestellte Bauwerkkörper kann, da er bereits schwimmt, ohne erhöhten Aufwand zum entsprechenden Ort seiner Aufstellung verbracht werden, da auf den Einsatz eines Pontons oder einer schwimmenden Plattform für den Transport des Bauwerkkörpers zum Aufstellungsort verzichtet werden kann. Nachdem der Bauwerkkörper über seinen Aufstellungsort positioniert ist, kann dessen Schwimmfähigkeit, beispielsweise durch die Erhöhung seines Eigengewichts, was durch Einfüllen von zusätzlichem Ballast in vorbestimmte Hohlräume des Bauwerkkörpers erfolgen kann, oder durch das Fluten entsprechender Hohlräume des Bauwerkkörpers, aufgehoben werden. Der absinkende Bauwerkkörper kann dann auf dem Grund des Gewässers abgestellt werden. Es ist möglich, dass der Bauwerkkörper in eine in den Gewässergrund eingebrachte Vertiefung eingelassen wird.
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Nach einer ersten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass wenigstens das erste Formteil aus Segmenten zusammengesetzt wird. Das Zusammensetzen von Segmenten stellt eine vorteilhafte einfache Möglichkeit dar, verschiedenste Formteile einer Form für ein Wasserbauwerk zu erzeugen. Die Größe bzw. die Form der verwendeten, im Wesentlichen als Plattenelemente ausgebildeten Segmente, welche bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff hergestellt werden, kann durch entsprechende Bearbeitungsverfahren, wie zum Beispiel das maschinelle Brennschneiden mit einem Laser, bestimmt werden.
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Die zusammengefügten Segmente des Formteils werden miteinander verbunden und zu einer Bodenplatte des Formteils ausgebaut. Die Bodenplatte dient als Aufstandsfläche für das Wasserbauwerk und kann mit Vorteil die durch das Eigengewicht des Wasserbauwerks bewirkten und auf das Wasserbauwerk einwirkenden Kräfte aufnehmen, ohne dass strukturelle Beeinträchtigungen am Material verursacht werden. Der Verbund kann insbesondere mittels einer stoffschlüssigen Verbindung erfolgen, wodurch auf vorteilhafte Weise eine feste und zugleich dauerhafte Art der Verbindung gewährleistet ist. Es ist zum Beispiel möglich, dass aneinandergrenzende Kanten benachbarter Segmente durchgängig miteinander stoffschlüssig verbunden werden, so dass die Festigkeit der Bodenplatte weiter erhöht werden kann.
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Es ist auch möglich, die Bodenplatte in vorbestimmten Bereichen mittels einzelner Verstärkungen, zum Beispiel Stahlbauprofilen, auszusteifen, die die Festigkeit der Bodenplatte mit Vorteil weiter erhöhen.
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An der Peripherie der Bodenplatte des Formteils wird eine umlaufende, quer zur Ebene der Bodenplatte stehende Seitenwand aufgestellt. Das Formteil erhält dadurch eine wannenartige Form, so dass mit Vorteil ein auftrieberzeugender bzw. schwimmfähiger Körper geschaffen wird. Gleichzeitig ist durch die wannenartige Ausgestaltung ein vorteilhaft tiefer Schwerpunkt gegeben, durch den eine stabile Schwimmlage des Formteils gewährleistet ist.
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Vorbestimmte Bereiche des schwimmenden Formteils werden mit Bewehrungen ausgerüstet, die auch in dem fließfähigen Material eingebunden sein können und nach dessen Aushärtevorgang eine steife und zugleich feste Struktur des Formteils schaffen. Auftretende Schub- bzw. Zugspannungen können mit Vorteil durch den erzeugten Verbund aufgenommen werden, ohne dass die Struktur des fließfähigen, aushärtenden Materials mechanisch beschädigt wird.
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Insbesondere auf die Bodenplatte des schwimmenden Formteils wird nach dem Ausrüsten mit Bewehrungen ein fließfähiges Material gegeben. Nach dem Aushärten des fließfähigen Materials, wobei bevorzugt ein Beton-Gemisch verwendet wird, entsteht eine verwindungsarme Stahlbetonkonstruktion und zugleich eine ebene Aufstandsfläche für das Wasserbauwerk. Gleichzeitig erhöht sich beim Befüllen des Formteils mit dem fließfähigen Material dessen Eigengewicht, so daß sich der Tiefgang des schwimmenden Formteils vergrößert und mit Vorteil eine stabilere Schwimmlage einstellt.
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Nach dem Aushärten des auf die Bodenplatte gegebenen Materials wird das Traggestell entfernt und einer Wiederverwendung zugeführt.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein etwa parallel zur Seitenwand verlaufendes Wandelement aufgestellt wird. Das aufgestellte Wandelement, welches insbesondere als Schalung eingesetzt wird, schafft mit Vorteil einen Bereich zwischen der Seitenwand des Formteils und dem aufgestellten Wandelement, in den das aushärtende Material eingefüllt wird. Gleichzeitig stellt das Wandelement sicher, daß sich das Material bzw. das Beton-Gemisch mit der Seitenwand des Formteils und den daran angeordneten Bewehrungen verbinden kann. Somit entsteht eine verstärkte Seitenwand des schwimmenden Formteils, die höheren Druck- bzw. Zugbelastungen standhält, und auf vorteilhafte Weise einen werteren Ausbau des schwimmenden Formteils ermöglicht.
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Das aufgestellte Wandelement wird nach dem Aushärten des zwischen die Seitenwand und das Wandelement eingefüllten Materials wieder entfernt und kann erneut beim Ausbau eines weiteren schwimmenden Formteils eingesetzt werden. Aufgrund der Wiederverwendbarkeit des aufgestellten Wandelementes ergibt sich in vorteilhafter Weise ein kostengünstiger Aufbau.
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Das schwimmende Formteil wird durch Aufsetzen werterer vorgefertigter Formteile zu einem schwimmfähigen Bauwerkkörper aufgebaut. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrensschritts sind die bereits vorgefertigten und aufeinandergesetzten Formteile nur noch miteinander zu verbinden, wodurch ein vereinfachter Aufbau des Bauwerkkörpers eines Wasserbauwerks bei einem gleichzeitig verringerten Zeitaufwand ermöglicht ist, was gleichzeitig die Wirtschaftlichkeit mit Vorteil verbessert. Eine feste Verbindung der einzelnen aufeinandergesetzten Formteile kann sowohl kraft- als auch stoffschlüssig erfolgen. Die Formteile können beispielsweise als Fertigteile in einer separaten Produktionslinie hergestellt und je nach Bedarf zum Aufbau eines jeweils schwimmenden Baukörpers eines Wasserbauwerks angeliefert werden.
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Alternativ ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß weitere Formteile zum Aufbau des schwimmfähigen Bauwerkkörpers durch Setzen einer Verschalung an dem jeweils bereits gefertigten Formteil und durch anschließendes Einfüllen vor fließfähigem, aushärtendem Material in die Verschalung erzeugt werden. Derartig erzeugte Formteile zeichnen sich durch eine hohe Paßform aus, so daß insbesondere sich bei der Herstellung des schwimmenden Formteils ergebende Abweichungen unmittelbar durch die Vorortherstellung der weiteren Formteile ausgeglichen werden können. Eine derartige Fertigung bietet insbesondere bei der Herstellung von einzelnen Wasserbauwerken eine kostengünstige Alternative zu einem Wasserbauwerk aus extern vorgefertigten Formteilen.
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Nach der Fertigstellung des aus Formteilen gebildeten schwimmenden Bauwerkkörpers wird dieser an die vorbestimmte Position geschleppt. Das Verschleppen des Wasserbauwerks erfolgt bevorzugt mit einem dafür geeigneten Wasserfahrzeug, zum Beispiel einem Hafen- oder Seeschlepper, der die Position des schwimmenden Bauwerkkörpers im Bedarsfall vorteilhaft einfach korrigieren kann.
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Als fließfähiges, aushärtendes Material wird bevorzugt ein Beton-Gemisch verwendet, das aufgrund seiner Eigenschaften einfach verarbeitet werden kann. Jeweils einzusetzende Beton-Gemische können beispielsweise unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen, so daß die Eigenschaften des zu verarbeitenden Materials für jedes Formteil stets optimal hinsichtlich der Verarbeitung oder der anschließenden Festigkeit gewählt werden können.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
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1: eine Draufsicht einer Bodenplatte eines erfindungsgemäßen ersten Formteils;
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2: eine Draufsicht des ersten Formteils mit einer ausgesteiften Bodenplatte;
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3: eine Seitenansicht der ausgesteiften Bodenplatte mit einer daran angeordneten Seitenwand;
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4: eine Ansicht des vorgefertigten Formteils, welche darstellt, wie ein Traggestell in das Formteil eingesetzt wird;
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5: eine Ansicht, die zeigt, wie das vorgefertigte Fomrteil mittels des Traggestells zu Wasser gelassen wird;
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6: eine Ansicht des schwimmenden Formteils, welche aufzeigt, wie die Bodenplatte des schwimmenden Formteils mit fließfähigem, aushärtendem Material bedeckt wird;
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7: eine Ansicht des schwimmenden Formteils, welche angibt, wie in einen Bereich zwischen die Seitenwand und ein aufgestelltes Wandelement fließfähiges, aushärtendes Material eingefüllt wird;
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8: eine Ansicht, welche verdeutlicht, wie das schwimmende Formteil zu einem erfindungsgemäßen Bauwerkkörper ausgebaut wird;
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9: eine Ansicht, welche darstellt, wie der schwimmende Bauwerkkörper an seine vorbestimmte Position verbracht wird, und
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10: eine Ansicht des auf einem Gewässergrund abgestellten Bauwerkkörpers.
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In 1 ist ein erfindungsgemäß erstes Formteil dargestellt, welches insbesondere aus verschiedenen Segmenten 1, 2, 3 zusammengesetzt werden kann. Die aneinandergrenzenden Kanten der Segmente 1, 2, 3 können stoffschlüssig miteinander verbunden wenden, so daß die Segmente 1, 2, 3 durch den Verbund zu einer Bodenplatte 4, welche bevorzugt eine kreisrunde Form aufweist, ausgebaut sind.
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Wie 2 und 3 verdeutlichen, werden in vorbestimmten Bereichen der Bodenplatte 4 verschiedenen Aussteifungen 5, 6 befestigt, welche Stahlbauprofile sein können. Des weiteren wird an der Peripherie des Formteils quer zur Ebene der Bodenplatte 4 eine umlaufende Seitenwand 7 aufgestellt, wodurch eine wannenförmige Ausgestaltung des Formteils gegeben ist.
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Wie in 4 dargestellt, werden mehrere Traggestelle 8 mittels eines Hebezeuges 9 in das vorgefertigte, wannenförmige Formteil eingesetzt und können jeweils mit der Seitenwand 7, der Bodenplatte 4 und einem im Zentrum der Bodenplatte 4 montierten Druckrohrstutzen 10 über eine Kraftschlußverbindung, wie zum Beispiel Schraubverbindungen, verbunden werden.
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In 5 ist dargestellt, wie das derartig verstärkte, vorgefertigte Formteil mit Hilfe eines als Mobilkran ausgebildeten Hebezeuges 9 von seinem Fertigungsplatz 11, beispielsweise dem Kai einer Hafenanlage, angehoben und in ein Gewässer 12, zum Beispiel in ein Becken einer Hafenanlage, eingesetzt wird, welches mit dem Gewässer 21 (10) in dem das Wasserbauwerk errichtet wird, in Verbindung steht bzw. verbunden wird.
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Über die Bodenplatte 4 des schwimmenden Formteils wird anschließend, wie 6 verdeutlicht, mit Hilfe eines Hebezeuges 9 ein Transportbehälter 13 bewegt. Das im Transportbehälter 13 befindliche fließfähige, aushärtende Material wird auf die Bodenplatte 4 gegeben und bildet dessen Verstärkung. Selbstverständlich kann das aushärtende Material auch über eine Betonpumpe und daran angeschlossene Rohr- bzw. Schlauchleitungen auf die Bodenplatte 4 gegeben werden. Durch das Einbringen zusätzlichen Gewichts in das schwimmende Formteil wird der Tiefgang des Formteils erhöht und gleichzeitig eine stabilere Schwimmlage im Gewässer 12 geschaffen.
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Wie in 7 aufgezeigt, werden nach dem Aushärten der Bodenplatte 4 die Traggestelle 8 und der Druckrohrstutzen 10 (6) entfernt und ein etwa parallel zur Seitenwand 7 verlaufendes Wandelement 14 aufgestellt. Zwischen die Seitenwand 7 und das als Schalung ausgebildete Wandelement 14 wird weiteres aushärtendes Material aus dem durch das Hebezeug 9 geführten Transportbehälter 13 eingefüllt.
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Wie 8 zeigt, ist nach dem Aushärten der Seitenwand, das parallel verlaufende Wandelement 14 (7) entfernt worden und das schwimmende Formteil durch Anordnen wenigstens eines weiteren Formteils 15, 16 zu einem schwimmfähigen Bauwerkkörper 17 aufgebaut. Die weiteren Formteile 15, 16 können als Fertigteile extern vorgefertigt sein und werden anschließend aufeinandergesetzt und durch im Transportbehälter 13 befindliches, fließfähiges, aushärtendes Material, miteinander verbunden.
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9 zeigt den fertiggestellten Bauwerkkörper 17, welcher mittels eines entsprechenden Wasserfahrzeuges 18 an eine vorbestimmte Position, an der der Bauwerkkörper 17 abgesenkt werden soll, geschleppt wird.
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10 zeigt ein Wasserbauwerk 19, insbesondere ein Fundament einer Offshore-Windenergieanlage, welches auf dem Grund 20 eines Gewässers 21 errichtet ist. In vorbestimmte Bereiche des Wasserbauwerks 19 ist zusätzlicher Ballast 22 eingebracht worden, der das Eigengewicht des Wasserbauwerks 19 erhöht und somit einen sicheren Stand des Wasserbauwerks 19 auf dem Grund 20 des Gewässers 21 gewährleistet.
