DE102010032259A1 - Method for incorporating gravitational force foundation for wind energy plant, involves controlling fluidization and suction of sea bottom in manner that foundation structure is partially or completely immersed into bottom - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einbau eines Schwerkraftfundaments für eine Offshore-Anlage, insbesondere für eine Windenergieanlage nach Anspruch 1.The invention relates to a method for installing a gravity foundation for an offshore installation, in particular for a wind turbine according to
Für die Errichtung von Offshore-Windenergieanlagen sind verschiedene Gründungssysteme bekannt geworden. Ein Konzept betrifft ein Schwerkraftfundament, das auf dem Meeresboden abgesetzt wird und das den Turmschaft einer Windenergieanlage trägt. Ein Fundamentkörper wird an Land hergestellt und anschließend zu einem Aufstellort schwimmend transportiert. Anschließend wird es auf dem Meeresboden abgesetzt. Zuvor wird eine Baugrube angelegt mit einer Tiefe von 3 m bis 5 m.For the construction of offshore wind turbines various foundation systems have become known. One concept relates to a gravity foundation that is deposited on the seabed and that carries the tower shaft of a wind turbine. A foundation body is made on land and then transported to a floating location. Then it is deposited on the seabed. Previously, an excavation is created with a depth of 3 m to 5 m.
Dieses Konzept weist Nachteile auf, da die Windenergieanlage von den Wellen-, Strömungs- und Windkräften unmittelbar nach Aufstellung erfasst wird, bevor eine Stabilisierung der Sohle möglich ist. Durch die auf die Windenergieanlage einwirkenden, seitlichen Kräfte, die wegen ihrer dynamischen und zyklischen Wirkung den Boden der Sohle verflüssigen und die Standsicherheit reduzieren, sowie durch die Erosion in der Sohle, die das Fundament im Randbereich unterhöhlen können, besteht Gefahr, dass die Windenergieanlage unmittelbar nach Aufstellung eine Schiefstellung erfährt. Bereits eine Schiefstellung von 1° ist nicht mehr hinnehmbar.This concept has drawbacks because the wind turbine is detected by the wave, wind and wind forces immediately after deployment, before stabilization of the sole is possible. Due to the lateral forces acting on the wind turbine, which liquefy the bottom of the sole due to their dynamic and cyclical effect and reduce the stability, as well as the erosion in the sole, which can undermine the foundation in the edge area, there is a risk that the wind turbine directly misaligned after installation. Already a misalignment of 1 ° is no longer acceptable.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Einbau eines Schwerkraftfundaments vorzuschlagen, bei dem nach dem Einbau des Fundaments weitere Lageveränderungen nicht eintreten. Sollten Änderungen eintreten, sollen sie durch geeignete Ausgleichsmaßnahmen in dem Verbindungsbereich zwischen Fundamentschaft und Turm der Windenergieanlage kompensiert werden können.The invention is therefore based on the object to propose a method for installing a gravity foundation, in which after installation of the foundation further changes in position do not occur. Should changes occur, they should be compensated by suitable compensatory measures in the connection area between the foundation shaft and the tower of the wind energy plant.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is solved by the features of
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird keine Baugrube, in die das Fundament eingestellt wird, ausgehoben, vielmehr wird der Fundamentkörper unmittelbar auf dem Meeresboden abgesetzt. Anschließend wird der Meeresboden unter dem Fundamentkörper fluidisiert und abgesaugt. Das Fluidisieren und Absaugen erfolgt gesteuert derart, dass der Fundamentkörper unter Beibehaltung seiner horizontalen Ausrichtung teilweise oder vollständig in den Meeresboden einsinkt. Dabei kann die Oberkante des Fundamentkörpers 1 m bis 2 m unter dem Meeresboden-Niveau zu liegen kommen. Dadurch wird verhindert, dass er durch Erosionen freigelegt wird.In the method according to the invention, no excavation in which the foundation is adjusted, excavated, but the foundation body is deposited directly on the seabed. Subsequently, the seabed is fluidized under the foundation body and sucked. The fluidizing and suction is controlled such that the foundation body, while maintaining its horizontal orientation partially or completely sinks into the seabed. The upper edge of the foundation body can come to lie 1 m to 2 m below the seabed level. This prevents it from being exposed by erosion.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden erhebliche Vorteile erzielt:
- a.) Es werden keine nennenswerten Baggermengen und Bodenumlagerungen erforderlich.
- b.) Das Versenken des Fundamentkörpers erhöht die Stabilität der Windenergieanlage oder einer ähnlichen Offshore-Anlage gegen Belastungen, Strömungen, Wellen und Wind.
- c.) Der technische und kostenmäßige Aufwand wird stark reduziert.
- d.) Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Wetterabhängigkeit vermindert, z. B. dadurch, dass das Abstellen der Fundamente auf dem Meeresboden auch unabhängig von dem Errichten einer Windenergieanlage erfolgen kann, auch auf Vorrat.
- e.) Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden keine Erschütterungen oder Lärmwirkungen erzeugt, wie sie bei anderen Gründungskonzepten unvermeidbar sind.
- a.) No significant dredging and soil redepositions are required.
- b.) The sinking of the foundation body increases the stability of the wind turbine or similar offshore facility against loads, currents, waves and wind.
- c.) The technical and cost expenditure is greatly reduced.
- d.) With the method according to the invention, the weather dependence is reduced, for. B. in that the parking of the foundations on the seabed can also be done independently of the erection of a wind turbine, also in stock.
- e.) In the method according to the invention no vibrations or noise effects are generated, as they are unavoidable in other foundation concepts.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Das beim Absenken des Fundamentkörpers abgesaugte Material wird nach einer Ausgestaltung der Erfindung neben dem Fundamentkörper abgelagert oder unter einer Kolkschutzlage, die den Fundamentkörper von oben abdeckt und über diesen nach außen übersteht. Dadurch kann sich eine leichte Aufhöhung bilden. Eine andere Möglichkeit sieht vor, den Sand in Hohlräume des Fundamentkörpers einzutragen, um diesen zu ballastieren. Alternativ kann das abgepumpte Material in einem Schiff zwischengelagert werden, um es später in einen anderen Fundamentkörper einzufüllen.The sucked off when lowering the foundation body material is deposited according to an embodiment of the invention adjacent to the foundation body or under a Kolkschutzlage covering the foundation body from above and beyond this outwardly. This can cause a slight increase. Another possibility provides to enter the sand in cavities of the foundation body to ballastieren this. Alternatively, the pumped material can be stored in a ship for later filling into another foundation body.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass während des Absenkens des Fundamentkörpers in den Meeresboden die Horizontallage des Fundamentkörpers und die Vertikalität seines Schaftes mit Hilfe einer Hebeeinrichtung mit auf einem ggfs. auf dem Meeresboden abgestützten Schwimmkörper gesteuert wird. Als Transport- und Montagemittel dient vorzugsweise ein sog. Halbtaucher, der über Stützpfähle am Meeresboden abstützbar ist, wobei durch Einstellung des Auftriebs des unter dem Meeresspiegel abgesenkten Schwimmkörpers des Halbtauchers die Aufstandskraft der Stützpfähle eingestellt werden kann. Auf dem Schwimmkörper sind geeignete Hebemittel angeordnet, beispielsweise ein Bockkran, um das Absenken und Absinken des Fundamentkörpers zu steuern.In a further embodiment of the invention, it is provided that during the lowering of the foundation body in the seabed, the horizontal position of the foundation body and the verticality of its shaft by means of a lifting device with on a possibly. On the seabed supported floats is controlled. As a transport and mounting means is preferably a so-called. Semi-submersible, which can be supported on the piles on the seabed, which can be adjusted by adjusting the buoyancy of the lowered below the sea level floating body of the semi-submersible the Aufstandskraft the support posts. On the float suitable lifting means are arranged, for example, a gantry crane to control the lowering and lowering of the foundation body.
Um zu verhindern, dass der Fundamentkörper weiter in den Meeresboden einsinkt, sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass den Meeresboden verfestigendes Material unter den Fundamentkörper eingebaut wird, bei gleichzeitiger Verdichtung des Bodens unter dem Fundamentkörper und seitlich vor diesem. Beispielsweise wird durch Zugabe von Grobkorn beim Verdichten der anstehende Boden erheblich verbessert, wodurch dieser größere Belastungen, insbesondere dynamische Lasten aufnehmen kann.To prevent the foundation body sinks further into the seabed, an embodiment of the invention provides that the seabed solidifying material is installed under the foundation body, with simultaneous compaction of the soil under the foundation body and laterally in front of this. For example, by adding coarse grain during compaction, the pending soil is significantly improved, allowing it to absorb greater loads, especially dynamic loads.
Nach dem Einbau des Fundamentkörpers ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung auch vorgesehen, dass unter dem Fundamentkörper flüssiger Mörtel eingepresst wird, ggf. mit Hochdruck-Injektions- bzw. Düsenstrahlverfahren, z. B. Soilfrac-Verfahren.After installation of the foundation body is also provided according to a further embodiment of the invention that under the foundation body liquid mortar is pressed, possibly with high-pressure injection or jet method, z. B. Soilfrac method.
Soll der Fundamentkörper als Fundament für eine Windenergieanlage dienen, ist vorzugsweise ein Betonschaft mit dem Fundamentkörper verbunden, auf den der Turmschaft der Windenergieanlage aufgesetzt wird. Der Betonschaft ragt nach dem Absinken des Fundamentkörpers aus dem Meeresboden heraus und erstreckt sich über den Meeresspiegel nach oben. In diesem Bereich der Bodenfläche besteht Erosionsgefahr um den Betonschaft herum. Daher wird nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass Kolkschutzmittel eingebaut werden, insbesondere Kolkschutzmatten, die einen Abschnitt des Schaftes umgeben, der über den Meeresboden nach oben ragt. Als Matten können mit Erzgranulat beschwerte Geotextilmatten (Sandmatten) verwendet werden, deren Rand mit Gewichten beschwert ist und die zusätzlich mit aufgelegten Geocontainern beschwert sind. Alternativ können Gummimatten verwendet werden, die einen einem Fördergurt vergleichbaren Aufbau haben, z. B. mit einer Stahldrahteinlage verstärkt sind.If the foundation body is to serve as a foundation for a wind power plant, preferably a concrete shaft is connected to the foundation body, on which the tower shaft of the wind energy plant is placed. The concrete shaft protrudes after the sinking of the foundation body out of the seabed and extends above the sea level upwards. There is danger of erosion around the concrete shaft in this area of the floor area. It is therefore provided according to an embodiment of the invention that Kolkschutzmittel be installed, in particular Kolkschutzmatten surrounding a portion of the shaft which projects above the seabed upwards. As mats, geotextile mats (sand mats) weighted with ore granules can be used, whose edge is weighted with weights and which are additionally weighted with applied geocontainers. Alternatively, rubber mats may be used which have a structure comparable to a conveyor belt, z. B. reinforced with a steel wire insert.
Das Fluidisieren und Absaugen des Meeresbodens erfolgt mit Hilfe geeigneter Saug- und Druckwasserpumpen oder mit einem an sich bekannten Hochdruck- bzw. Düsenstrahl-Verfahren (z. B. Soilcrete-Erodieren von Boden). Die Geräte werden nach einer Ausgestaltung der Erfindung auf Saug- und Druckwasserrohren angebracht, die vorzugsweise über die untere Kante des Fundamentkörpers nach unten ragen. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind Saug- und Druckrohre durch Führungsrohre hindurchgeführt, die am Fundamentkörper angeordnet sind.The fluidization and suction of the seabed is carried out with the aid of suitable suction and pressure water pumps or with a known high-pressure or jet-jet method (eg Soilcrete erosion of soil). The devices are mounted according to an embodiment of the invention on suction and pressure water pipes, which preferably protrude down over the lower edge of the foundation body. According to one embodiment of the invention suction and pressure pipes are passed through guide tubes, which are arranged on the foundation body.
Der Vorgang des Verflüssigens und Absaugens wird mit für den Anwendungsfall speziell eingerichteten Pumpen ausgeführt, deren Druckwasserdüsen und Saugöffnungen in der Sohlfläche des Fundamentkörpers gleichmäßig verteilt so angeordnet sind, dass der Boden in Anpassung an seinen Widerstand großflächig oder sektional, einerseits durch Wasserhochdruck gelöst und verflüssigt, andererseits aber auch abgesaugt werden kann. Dabei wird der an Seilen hängende Fundamentkörper über Winden, die auf dem Halbtaucher angeordnet sind, kontrolliert bis auf Solltiefe abgesenkt, wobei die Jet-Wasser-Düsen und Saugeinrichtungen über entsprechende Aggregate des Halbtauchers betrieben und in Anpassung an den Absenkvorgang sowie zum Ausgleich von Schiefstellungen durch Steuereinrichtungen gezielt eingesetzt werden.The process of liquefaction and aspiration is carried out with specially designed for the application pump, the pressure water nozzles and suction openings in the bottom surface of the foundation body evenly distributed are arranged so that the floor in adaptation to its resistance over a large area or sectional, on the one hand dissolved by water pressure and liquefied, On the other hand, it can also be sucked off. Here, the hanging on ropes foundation body is controlled by winds that are located on the semi-submersible, lowered to desired depth, the jet water nozzles and suction devices operated via corresponding units of the semi-submersible and in adaptation to the lowering and to compensate for misalignments Control devices are used specifically.
Das oben beschriebene Pumpsystem besteht aus mehreren hydraulisch betriebenen Druckwasserpumpen, deren verlängerte Saugköpfe mit den dort angeordneten Hochdruckdüsen durch im Fundamentkörper eingebaute vertikale Rohrdurchlässe (Ø = 1,20 m) positioniert werden, um den anstehenden Boden unter der Fundamentsohlfläche bei variabler Einsatzhöhe mit hohem Druck zu fluidisieren und abzupumpen.The pumping system described above consists of several hydraulically operated pressure water pumps, whose extended suction heads with the high-pressure nozzles arranged there are positioned by vertical pipe passages (Ø = 1.20 m) installed in the foundation body in order to apply the high pressure to the pending floor under the foundation slab at variable application height fluidize and pump off.
Zur Vermeidung von nachträglichen Setzungen oder Schiefstellungen ist eine Stopfverdichtung unterhalb der geplanten Fundamentsohle mittels Torpedorüttler denkbar. Diese Bodenverbesserung kann vor dem Absenken des Fundamentkörpers erfolgen, wenn hierbei das Einbringen von Sand/Kiessand ausschließlich unter der geplanten Gründungssohle erfolgt. Nach dem Absenken des Gründungskörpers können Rüttelstopfverdichtungen nur neben/außerhalb der Fundamentsohle erfolgen.To avoid subsequent subsidence or misalignment is a stuffing compaction below the planned foundation base using Torpedorüttler conceivable. This soil improvement can be done before lowering the foundation body, if in this case the introduction of sand / gravel sand takes place exclusively under the planned foundation base. After lowering the foundation body Rüttelstopfverdichtungen can only be done next to / outside the foundation base.
Hochdruckinjektionen könnten mit schlanken Lanzen und bei einem Fundamentkörper mit entsprechenden Durchlässen auch nachträglich unter der Gründungssohle zur Bodenverfestigung ausgeführt werden.High-pressure injections could be carried out with slender lances and, in the case of a foundation body with corresponding passages, subsequently also under the foundationsole for soil consolidation.
Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird dem Boden verfestigendes Material, insbesondere Grobkorn oder Zementmörtel, über die Führungsrohre hindurch unter den Fundamentkörper zugeführt. Hierzu können geeignete Fördermittel vorgesehen werden, welche durch die Führungsrohre geführt werden.According to another embodiment of the invention, soil-solidifying material, in particular coarse grain or cement mortar, is supplied via the guide tubes below the foundation body. For this purpose, suitable conveying means can be provided, which are guided by the guide tubes.
Je nach Ausgestaltung des Fundamentkörpers werden die Führungsrohre entweder an Außenseiten des Fundamentkörpers, angebracht oder auch durch Abschnitte des Fundamentkörpers hindurchgeführt. Eine Pumpe wird vorzugsweise auch mittig zum Fundamentkörper angeordnet, um ein gleichmäßiges gesteuertes Absenken zu erreichen. Verdichtungsmittel zum Verdichten des Bodens unterhalb des Fundamentkörpers, etwa in Form von Rüttellanzen, können außen an beliebigen Stellen eingebracht werden.Depending on the design of the foundation body, the guide tubes are either attached to outer sides of the foundation body, or passed through sections of the foundation body. A pump is preferably also arranged centrally of the foundation body in order to achieve a uniform controlled lowering. Compression means for compacting the soil below the foundation body, such as in the form of Rüttellanzen, can be placed outside anywhere.
Derartige Führungsrohre können auch dazu verwendet werden, um Lanzen für das Einpressen des Betons nach unten zu führen.Such guide tubes can also be used to guide down lances for the pressing of the concrete.
Aus Transportgründen ist der Fundamentkörper mit mindestens einem Hohlraum versehen, so dass er weitgehend schwimmend zum Einsatzort transportiert werden kann. Um ihn dann anschließend auf den Meeresboden aufzustellen, wird der Hohlraum mit Wasser und/oder Sand gefüllt, so dass er anschließend auf dem Meeresboden eine ausreichende Aufstandskraft bzw. Kippstabilität entwickelt.For transport reasons, the foundation body is provided with at least one cavity, so that it can be transported largely floating to the place of use. To him then then set up on the seabed, the cavity is filled with water and / or sand, so that he then developed on the seabed sufficient Aufstandskraft or tipping stability.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend von Zeichnungen näher erläutert werden.The inventive method will be explained in more detail below of drawings.
In
In
In den
Wie aus
Der Sand wird in Hohlräume des Fundamentkörpers bzw. des Schafts gefüllt oder zur Zwischenlagerung in ein bereitliegendes Schiff gefördert. Eine Pumpe wird auch mittig angeordnet, wie bei
Nach dem Einbau des Fundamentkörpers
Der Wirkungsbereich (Bodenverflüssigung und -abtrag) der Druck- und Saugwasserpumpen gemäß
Der Transport des Fundamentkörpers
Kommt es gleichwohl zu einer Abweichung des Turmschaftes
In
In
Der Halbtaucher
In
In
In
In
Die Kolkschutzmatte
Beim Einbau eines Fundamentkörpers, wie er in den Figuren dargestellt ist, kann auch ein Ponton gemäß
Mit den beschriebenen Maßnahmen lassen sich Kolkbildungen dauerhaft vermeiden. Die Herstellung des Kolkschutzes ist wenig aufwendig und erfordert wegen seiner Stabilität wenig Unterhaltungsaufwand.With the measures described, it is possible to permanently avoid scaling. The preparation of Kolkschutzes is inexpensive and requires little maintenance because of its stability.
In den
Außerdem ist in
In
In
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