DE102010035025A1 - Sandwich-base structure for erection of wind turbine in off-shore wind farm, has foundation piles comprising wall formed from surface part with inner, outer and intermediate layers, where core material is arranged as intermediate layer - Google Patents

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Abstract

The structure (1) has a supporting structure (5) provided for a tower of an off-shore wind turbine and connecting upper ends of three foundation piles foundation piles (2-4) with each other. Each foundation pile has a wall over its entire length, where the wall is formed from a surface part with inner, outer and intermediate layers of different materials. A core material i.e. concrete, is arranged between the inner and outer layers as the intermediate layer, where the inner and outer layers are formed as inner and outer tubes, respectively.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gründungsstruktur für ein Wasserbauwerk, insbesondere für eine Offshore-Windenergieanlage, mit zumindest mehreren Gründungspfählen, wobei jeder Gründungspfahl einen abschnittsweise in seinem Inneren geführten Rammpfahl zur Verankerung im Meeresboden aufweist, und mit mindestens einer Stützkonstruktion zur Aufnahme des Wasserbauwerkes, wobei die Stützkonstruktion die oberen Enden der Gründungspfähle untereinander verbindet. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zum Errichten einer Gründungsstruktur für ein Wasserbauwerk, insbesondere für eine Offshore-Windenergieanlage.The invention relates to a foundation structure for a hydraulic structure, in particular for an offshore wind turbine, with at least a plurality of foundation piles, each foundation pile having a partially guided in its interior driven pile for anchoring in the seabed, and with at least one support structure for receiving the hydraulic structure, said the support structure interconnects the upper ends of the foundation piles. Furthermore, the invention also relates to a method for constructing a foundation structure for a hydraulic structure, in particular for an offshore wind turbine.

Bekannte Gründungsstrukturen für Wasserbauwerke, wie zum Beispiel für Offshore-Windenergieanlagen, bilden üblicherweise den Übergang vom Bauwerk zum Boden aus, im vorliegenden Fall vom Wasserbauwerk zum Meeresboden, und sollen eine sichere Verankerung im Meeresboden gewährleisten. Speziell Offshore-Windenergieanlagen werden zunehmend in einiger Entfernung zur Küste und dadurch häufig in Wassertiefen von bis zu 50 Metern aufgestellt. Aufgrund der an einem solchen Aufstellort vorherrschenden Umgebungsbedingungen und den damit in der Regel auf die Gründungsstruktur und das Wasserbauwerk einwirkenden Wind- und Wellenlasten, werden entsprechend hohe Anforderungen an die Verankerung der Gründungsstruktur im Meeresboden und die das Wasserbauwerk tragende Gründungsstruktur selbst gestellt.Well-known foundation structures for hydraulic structures, such as for offshore wind turbines, usually form the transition from the structure to the ground, in this case from the hydraulic structure to the seabed, and should ensure a secure anchoring in the seabed. Offshore wind turbines in particular are increasingly being installed at some distance from the coast and thus often in water depths of up to 50 meters. Due to the prevailing at such a site environmental conditions and thus usually acting on the foundation structure and the hydraulic structure wind and wave loads correspondingly high demands are placed on the anchoring of the foundation structure in the seabed and the hydraulic structure supporting foundation structure itself.

In der EP 1 673 536 B1 ist beispielsweise eine Gründungsstruktur für eine Offshore-Windenergieanlage beschrieben, welche mehrere Gründungspfähle mit jeweils im Inneren der Gründungspfähle wenigstens abschnittsweise geführten Rammpfählen zur Verankerung im Meeresboden aufweist. Die Gründungsstruktur weist des Weiteren mindestens eine Stützkonstruktion zur Aufnahme des Turmes der Windenergieanlage auf, wobei die Stützkonstruktion die oberen Enden der Gründungspfähle untereinander verbindet. Dabei ist nach dem Rammen der Rammpfähle ein vorgegebener Längenabschnitt erzeugt, in dem die Rammpfähle von den Gründungspfählen aufgenommen sind. Um die Relativbewegung zwischen den Gründungspfählen und den Rammpfählen zu unterbinden und dadurch möglicherweise ein Lockern der Verankerung der Gründungsstruktur im Meeresboden zu verursachen, wird ein Teilabschnitt des Überdeckungsbereiches zwischen der Außenseite des Rammpfahles und der Innenseite des Gründungspfahles verklebt. Durch die relativ schmale Verklebung zwischen der Außenseite des Gründungspfahles und der Innenseite des Rammpfahles besteht zum einen das Risiko, dass die Verklebung reißt und somit der Rammpfahl wieder beweglich zum Gründungspfahl ist. Zum anderen wirkt im Bereich des Meeresbodens das größte durch Wind- und Wellenlasten hervorgerufene Moment auf die Gründungs- und Rammpfähle der Gründungsstruktur, so dass es durch die ständigen Lastwechsel kurz unterhalb des Überdeckungsbereiches der Pfähle zur Verformung und gegebenenfalls zum Knicken der Wandungen der Rammpfähle kommen kann, was sich in jedem Fall nachteilig auf deren Verankerung und damit auf die betriebssichere Langzeitfunktion der Gründungsstruktur auswirken kann.In the EP 1 673 536 B1 For example, a foundation structure for an offshore wind energy plant is described, which has several foundation piles each with at least partially guided in the interior of the foundation piles driven piles for anchoring in the seabed. The foundation structure further comprises at least one support structure for receiving the tower of the wind turbine, wherein the support structure connects the upper ends of the foundation piles with each other. In this case, after the ramming of the driven piles, a predetermined length section is produced, in which the driven piles are received by the foundation piles. In order to prevent the relative movement between the foundation piles and the piles and thereby possibly causing a loosening of the anchoring of the foundation structure in the seabed, a portion of the covering area between the outside of the pile pile and the inside of the foundation pile is bonded. Due to the relatively narrow bonding between the outside of the foundation pile and the inside of the pile pile there is the risk that the bond will break and thus the pile pile will again be movable towards the foundation pile. On the other hand, in the area of the seafloor, the greatest moment caused by wind and wave loads acts on the foundations and ramming piles of the foundation structure, so that the permanent load changes shortly below the covering area of the piles can lead to deformation and possibly buckling of the walls of the piles , which in any case can have a detrimental effect on their anchoring and thus on the reliable long-term function of the foundation structure.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gründungsstruktur vorbezeichneter Gattung dahingehend zu verbessern, dass Verformungen an den Pfählen, aufgrund der wirkenden Lastwechsel vermieden sind. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Errichten einer Gründungsstruktur für ein Wasserbauwerk aufzuzeigen, das auf vereinfachte und sichere Weise durchgeführt werden kann.The invention is therefore based on the object to improve a foundation structure vorbezeichneter genus to the effect that deformations on the piles, due to the acting load changes are avoided. Furthermore, the object of the invention is to provide a method for constructing a foundation structure for a hydraulic structure, which can be carried out in a simplified and reliable manner.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Gründungsstruktur mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 9. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den sich jeweils auf die Patentansprüche 1 und 9 rückbeziehenden Unteransprüche angegeben.The object is achieved according to the invention by a foundation structure with the features of claim 1 and by a method according to claim 9. Advantageous developments and refinements of the invention are specified in the subclaims referring back to claims 1 and 9, respectively.

Bei einer Gründungsstruktur für ein Wasserbauwerk, insbesondere für eine Offshore-Windenergieanlage mit zumindest mehreren Gründungspfählen, wobei jeder Gründungspfahl einen wenigstens abschnittsweise in seinem Inneren geführten Rammpfahl zur Verankerung im Meeresboden aufweist, und mit mindestens einer Stützkonstruktion zur Aufnahme des Wasserbauwerkes, wobei die Stützkonstruktion die oberen Enden der Gründungspfähle untereinander verbindet, ist nach der Erfindung vorgesehen, dass der Gründungspfahl und der Rammpfahl auf einem vorbestimmten Längenabschnitt einen Bereich einer Überdeckung aufweisen, wobei im Überdeckungsbereich der Pfähle zumindest abschnittsweise der Spalt zwischen den Pfählen sowie über einen Abschnitt des Überdeckungsbereiches und in einem Teilstück unterhalb des Überdeckungsbereiches der freie, innere Querschnitt des Rammpfahles mit einem aushärtenden Füllmaterial verfüllt ist.In a foundation structure for a hydraulic structure, in particular for an offshore wind turbine with at least several foundation piles, each foundation pile has an at least partially guided in its interior pile for anchoring in the seabed, and at least one support structure for receiving the hydraulic structure, wherein the support structure, the upper Ends of the foundation piles interconnects, is provided according to the invention that the foundation pile and the pile on a predetermined length portion have a range of coverage, wherein in the overlap region of the piles at least partially the gap between the piles and over a portion of the overlap region and in a section is filled below the overlap region of the free, inner cross section of the pile with a hardening filler.

Mit Hilfe einer derartig festen Struktur um den Überdeckungsbereich der Gründungspfähle und der von den Gründungspfählen bereichsweise aufgenommenen Rammpfähle ist insbesondere ein Knicken oder Beulen der Pfahlwandungen im Bereich des Meeresbodens durch das innerhalb des Rammpfahles und des zwischen Gründungspfahl und Rammpfahles abschnittsweise ausgehärtete Füllmaterial auf vorteilhafte Weise vermieden. Das bis unterhalb des Überdeckungsbereiches im Inneren des Rammpfahles reichende Füllmaterial verleiht diesem über ein vorbestimmtes Teilstück eine optimale Steifigkeit, wodurch die Ausgestaltung des Rammpfahles aus einem einwandigen Rohr möglich ist. Durch das bevorzugt jeweils von unterhalb bis oberhalb des Überdeckbereiches reichende, aushärtende Füllmaterial, wie zum Beispiel Beton, ist mit Vorteil eine Gründungsstruktur erzeugt, mittels der sich problemlos eine betriebssichere Langzeitfunktion von den mindestens geforderten 20 Jahren gewährleisten lässt.With the help of such a solid structure around the overlap area of the foundation piles and the foundation piles partially received Rammpfähle kinking or buckling of the pile walls in the seabed is avoided in an advantageous manner by within the pile pile and between the foundation pile and pile pile hardened in part filler. This is below the coverage area inside the Rammpfahles reaching filling material gives this over a predetermined section optimal rigidity, whereby the design of the pile is made of a single-walled pipe possible. By preferably each extending from below to above the overburden area, hardening filling material, such as concrete, a foundation structure is advantageously produced, by means of which can easily ensure a reliable long-term function of the least required 20 years.

Mit Vorteil ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Gründungspfahl im Fußbereich eine seinen freien Querschnitt an der inneren Mantelfläche verringernde Führung für den Rammpfahl aufweist. Die Verwendung einer Führung hat den Vorteil, dass der Rammpfahl während des Rammens insbesondere zu Beginn der Rammarbeiten axialbeweglich geführt ist, so dass der Rammpfahl mit seiner Mittenachse vorzugsweise koaxial zur Mittenachse des Gründungspfahles in den Meeresboden getrieben wird. Ein Verlaufen des Rammpfahles soll somit vorteilhaft vermieden werden. Die Führung ist dabei etwa über die Hälfte des Überdeckungsbereiches der beiden Pfähle im Spalt zwischen der Innenseite des Gründungspfahles und der Außenseite des Rammpfahles zumindest bereichsweise über den Umfang ausgebildet. Die Führung kann beispielsweise als Buchse ausgebildet sein. Bevorzugt werden mehrere Bleche eingesetzt, deren Längsachsen parallel zur Mittenachse des Gründungspfahles verlaufen und sich radial von der Innenseite des Gründungspfahles in Richtung der Mittenachse erstrecken.According to a development of the invention, it is advantageously provided that the foundation pile in the foot region has a guide for the pile pile which reduces its free cross section on the inner jacket surface. The use of a guide has the advantage that the driven pile is axially movably guided during ramming, in particular at the beginning of the pile driving, so that the driven pile is driven with its center axis, preferably coaxially with the center axis of the foundation pile, into the seabed. A running of the pile pile should thus be advantageously avoided. The guide is formed over at least half of the overlap region of the two piles in the gap between the inside of the foundation pile and the outside of the pile pile at least partially over the circumference. The guide may be formed, for example, as a socket. Preferably, a plurality of sheets are used, whose longitudinal axes extend parallel to the center axis of the foundation pile and extend radially from the inside of the foundation pile in the direction of the center axis.

Der Gründungspfahl weist einen Bodenring mit einer den Spalt zum Rammpfahl abdichtenden Dichtung auf, wodurch zum einen während und nach dem Rammen das Eindringen von Meerwasser, sowie Schlamm- oder Gesteinsteilen insbesondere in den Spalt im Bereich der Führung vermieden ist. Somit ist eine ungewollte Verschmutzung des nachfolgend auszubetonierenden Abschnitts von Gründungspfahl und Rammpfahl ausgeschlossen. Zum anderen verhindert die Dichtung im Bereich des Spaltes ebenfalls das Austreten des nachträglich eingebrachten Füllmaterials. Das aushärtende Füllmaterial verbleibt somit stets auf gleichem Niveau im Spalt zwischen Gründungspfahl und Rammpfahl und kann dementsprechend eine feste Verbindung mit den Oberflächen der jeweiligen Pfahlwandungen eingehen. Zur Ausbildung der am Bodenring vorgesehenen Dichtung kann beispielsweise ein Filz oder anderes geeignetes Material zum Einsatz kommen, das geeignet ist, um einen Wassereintritt oder das Eindringen von Schlamm auszuschließen. Auf dem Bodenring kann des Weiteren von unten eine Berstscheibe aufgesetzt sein, welche den freien Querschnitt des vorzugsweise als Rohr ausgebildeten und damit unten offenen Rammpfahles wirkungsvoll verschließt und somit das Eindringen von Meerwasser bereits beim Absenken des zur Ausbildung der Gründungsstruktur dienenden Konstruktionsteiles auf den Meeresboden verhindert. Bereits beim Aufsetzen des Konstruktionsteiles auf den Meeresboden, jedoch spätestens mit dem Beginn der Rammarbeiten wird die Berstscheibe durch den vorzugsweise senkrecht nach unten getriebenen Rammpfahl zerstört, welche dabei kein Hindernis für die durchzuführenden Rammarbeiten darstellt.The foundation pile has a bottom ring with a gap sealing the pile to the pile, whereby on the one hand during and after ramming the ingress of seawater, and sludge or rock parts is avoided in particular in the gap in the guide. Thus, an unwanted contamination of the subsequently auszubetonierenden section of foundation pile and pile is excluded. On the other hand, the seal in the region of the gap also prevents the escape of the subsequently introduced filling material. The curing filler material thus always remains at the same level in the gap between the foundation pile and the driven pile and can accordingly enter into a firm connection with the surfaces of the respective pile walls. To form the seal provided on the bottom ring, for example, a felt or other suitable material may be used, which is suitable for preventing ingress of water or penetration of sludge. Furthermore, a rupture disc can be placed on the bottom ring from below, which effectively closes the free cross section of the ramming pile, which is preferably designed as a tube and thus open at the bottom, and thus prevents the ingress of seawater when lowering the construction part serving to form the foundation structure onto the seabed. Already when placing the structural part on the seabed, but at the latest with the beginning of the pile driving the rupture disc is destroyed by the preferably driven vertically down the pile, which is not an obstacle to be carried out pile driving.

Der Gründungspfahl weist vorzugsweise ein seine innere Mantelfläche ausbildendes Innenrohr und ein seine äußere Mantelfläche ausbildendes Außenrohr auf, wobei zwischen Innenrohr und Außenrohr ein Kernwerkstoff angeordnet ist. Mit einem derartig erfindungsgemäßen Wandungsaufbau ist eine konstruktiv vorteilhafte Möglichkeit zur Ausbildung der Gründungspfähle erreicht. Durch den Sandwich-Aufbau der Pfahlwandung ist zum einen die Steifigkeit des Gründungspfahles verbessert und zum anderen kann die Menge des üblicherweise zur Ausbildung des Gründungspfahls verwendeten Stahls vorteilhaft verringert werden. Durch die erhöhte Steifigkeit lassen sich sowohl die Durchmesser als auch die Gesamtstärke des Innen- und Außenrohres deutlich minimieren, was gleichzeitig die Wirtschaftlichkeit solcher erfindungsgemäßer Gründungsstrukturen, aufgrund reduzierter Fertigungs- und Materialkosten, auf vorteilhafte Weise verbessert. Der Kernwerkstoff als Zwischenlage zwischen Innen- und Außenrohr wird insbesondere zusätzlich mit Bewehrung verstärkt, welche als Betonstabstähle oder in Form eines hohlzylindrischen Gitters im Kernwerkstoff angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Bewehrung stets vollständig vom Kernwerkstoff eingeschlossen und im Abstand zur Innenseite des Außenrohres und zur Außenseite des Innenrohres angeordnet ist.The foundation pile preferably has an inner tube forming its inner lateral surface and an outer tube forming its outer circumferential surface, wherein a core material is arranged between inner tube and outer tube. With such a wall construction according to the invention, a structurally advantageous possibility for forming the foundation piles is achieved. The sandwich construction of the pile wall on the one hand improves the stiffness of the foundation pile and on the other hand advantageously reduces the amount of steel usually used to form the foundation pile. Due to the increased rigidity, both the diameter and the total thickness of the inner and outer tubes can be significantly reduced, which at the same time advantageously improves the cost-effectiveness of such inventive foundation structures due to reduced manufacturing and material costs. The core material as an intermediate layer between the inner and outer tubes is reinforced in particular additionally with reinforcement, which is arranged as a rebar or in the form of a hollow cylindrical lattice in the core material. It is provided that the reinforcement is always completely enclosed by the core material and arranged at a distance from the inside of the outer tube and the outside of the inner tube.

Mit Vorteil ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Rammpfahl ein im Abstand unterhalb des Überdeckungsbereiches angeordnetes Schott aufweist, welches den freien, inneren Querschnitt des Rammpfahles versperrt. Mit Hilfe eines derartigen Schotts ist beim Rammen des Rammpfahles das Eindringen von Wasser oder Schlamm über den hohlzylindrisch ausgebildeten Rammpfahl in das Innere des Gründungspfahles vermieden, so das der freie Querschnitt des Rammpfahles nur bis zum Schott mit Meeresboden gefüllt ist. Des Weiteren dient das Schott als Füllgrenze für das in den Rammpfahlkopf einzufüllende Füllmaterial, welches darin aushärtet und dem Rammpfahl eine verbesserte Steifigkeit verleiht. Das Schott ist insbesondere ein Plattenkörper, welcher mit seiner Plattenebene senkrecht zur Mittenachse des Rammpfahles verläuft und umlaufend mit der Innenseite der Rammpfahlwandung abdichtend verbunden, insbesondere verschweißt, ist. Das Schott ist dabei etwa in einem Abstand unterhalb des Gründungspfahlendes angeordnet, der der Länge der Überdeckung der Pfähle entspricht.Advantageously, according to a further development of the invention, provision is made for the driven pile to have a bulkhead arranged at a distance below the overlapping region, which barrier blocks the free, inner cross section of the pile pile. With the help of such a bulkhead, the penetration of water or sludge on the hollow cylindrical trained pile in the interior of the foundation pile is avoided when ramming the pile, so that the free cross section of the pile is filled only to the bulkhead with seabed. Furthermore, the bulkhead serves as a filling limit for the filling material to be filled in the pile pile head, which hardens therein and imparts improved rigidity to the pile pile. The bulkhead is in particular a plate body, which runs with its plate plane perpendicular to the center axis of the pile pile and circumferentially sealingly connected to the inside of the Rammpfahlwandung, in particular welded, is. The bulkhead is about in one Distance arranged below the foundation pile end, which corresponds to the length of the covering of the piles.

Um einen übermäßigen Druckaufbau im Inneren des Rammpfahles und somit eine unnötige Gegenkraft beim Rammen zu vermeiden, ist eine Entlüftung aus dem Rammpfahlinneren vorzusehen. Zu diesem Zweck weist der Rammpfahl in seiner Pfahlwandung unterhalb des Schotts mindestens einen Durchbruch auf. Beim Rammen kann dementsprechend im Rammpfahl befindliche Luft entweichen, so dass die Bestandteile des Meeresbodens im freien Querschnitt des Rammpfahles bis unterhalb des Schotts aufsteigen können. Dabei ist es von Vorteil, wenn unterhalb des Schotts mehrere Durchbrüche über die Länge des Rammpfahles und gleichzeitig mehrere Durchbrüche in der Pfahlwandung auf gleichem Höhenniveau auf dem Umfang des Rammpfahles verteilt angeordnet sind. Jeder Durchbruch zur Entlüftung in der Pfahlwandung des Rammpfahles kann zudem mit einem geeigneten Material abgedichtet sein, dass sich beispielsweise beim Kontakt mit Wasser auflöst und somit die Durchbrüche in der Pfahlwandung in Längsrichtung nacheinander zur Entlüftung freigegeben.In order to avoid an excessive build-up of pressure in the interior of the pile and thus an unnecessary counterforce when ramming, a vent from the Rammpfahlinneren is provided. For this purpose, the pile has at least one breakthrough in its pile wall below the bulkhead. Accordingly, during ramming, air contained in the pile pile can escape, so that the components of the seabed can rise below the bulkhead in the free cross section of the pile pile. It is advantageous if several breakthroughs over the length of the pile pile and at the same time a plurality of openings in the pile wall at the same height level are arranged distributed on the circumference of the driven pile below the bulkhead. Each breakthrough for venting in the pile wall of the pile pile can also be sealed with a suitable material that dissolves, for example, upon contact with water and thus released the openings in the pile wall in the longitudinal direction one after the other for ventilation.

Der Rammpfahl weist an seiner äußeren Mantelfläche einen sich radial nach außen erstreckenden Absatz als Anschlag an der Führung des Gründungspfahles auf, mit Hilfe dem der Rammpfahl in Längsrichtung formschlüssig mit insbesondere den die Führung ausbildenden Blechen an der Innenseite des Gründungspfahles in Anlage gebracht wird und eine Haltekraft auf den Gründungspfahl senkrecht nach unten ausübt. Der sich ringförmig entlang der Mantelfläche des Rammpfahle erstreckende Absatz ist insbesondere beabstandet zum oberen Ende des Rammpfahles angeordnet, so dass stets ein bestimmter Abschnitt des Rammpfahles oberhalb der Führung frei in den Gründungspfahl hineinsteht. Dadurch ist ein Spalt zwischen Außenseite des Rammpfahles und Innenseite des Gründungspfahles erzeugt, in den dann das Füllmaterial eingegeben werden kann. Die sich radial nach außen erstreckende Umfangsfläche des Absatzes kann gleichzeitig als Führungsfläche zum Abstützen an der Innenseite des Gründungspfahles ausgebildet sein. Damit ist die Führung des Rammpfahles innerhalb des Gründungspfahles weiter verbessert und gleichzeitig ein Verlaufen des Rammpfahles beim Rammen mit Vorteil vermieden. Der Absatz kann insbesondere ein flanschartiger Ringkörper sein, welcher mit der äußeren Mantelfläche des Rammpfahles verschweißt ist.The driven pile has on its outer lateral surface a radially outwardly extending shoulder as a stop on the guide of the foundation pile, by means of which the driven pile is brought into the longitudinal direction in a form-fitting manner with in particular the sheet forming the guide on the inside of the foundation pile and a holding force on the foundation pile vertically downwards exercises. The annularly extending along the lateral surface of the Rammpfahle paragraph is in particular spaced from the upper end of the driven pile, so that always a certain portion of the pile pile above the guide is free in the foundation pile. As a result, a gap between the outside of the driven pile and the inside of the foundation pile is generated, in which then the filler material can be entered. The radially outwardly extending peripheral surface of the shoulder may be formed simultaneously as a guide surface for supporting on the inside of the foundation pile. Thus, the leadership of the pile within the foundation pile is further improved while avoiding a running of the pile during ramming advantage. The paragraph may in particular be a flange-like annular body, which is welded to the outer circumferential surface of the driven pile.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Rammpfahl zumindest abschnittsweise auf der Innenseite der Pfahlwandung mit Bewehrung ausgerüstet ist. Mit Hilfe der Bewehrung wird insbesondere das nachträglich eingebrachte Füllmaterial verstärkt, wobei darüber hinaus dessen Zugfestigkeit erhöht wird und somit die Belastbarkeit der Pfähle im Bereich des Meeresbodens deutlich verbessert ist. Speziell dynamisch auf die Gründungsstruktur einwirkende Kräfte lassen sich problemlos von der verstärkten Bauteilstruktur der Gründung aufnehmen. Als Bewehrung kommt insbesondere Betonstahl in Form von Stäben zum Einsatz, welche auf einem vorbestimmten Teilkreisdurchmesser beabstandet zur Innenseite des Rammpfahles angeordnet sind. An Stelle von einzelnen Stäben kann ebenfalls auch ein zylindrischer Bewehrungskorb verwendet werden, der ähnlich einem Gitternetz auf einem gleichmäßigen Radius um die Mittenachse des Rammpfahles verläuft.Another development of the invention provides that the pile pile is at least partially equipped with reinforcement on the inside of the pile wall. With the help of the reinforcement in particular the subsequently introduced filler material is reinforced, wherein beyond its tensile strength is increased and thus the resilience of the piles in the seabed is significantly improved. Especially dynamically acting on the foundation structure forces can be easily absorbed by the reinforced component structure of the foundation. Reinforcement in particular rebar in the form of rods is used, which are arranged on a predetermined pitch circle diameter spaced from the inside of the pile pile. Instead of individual bars, a cylindrical reinforcing cage can also be used, which runs like a grid on a uniform radius around the center axis of the driven pile.

Weiterhin ist ein Verfahren zum Errichten einer Gründungsstruktur für ein Wasserbauwerk vorgesehen, insbesondere für eine Offshore-Windenergieanlage, für das selbstständiger Schutz beantragt wird, bei dem mehrere mit Rammpfählen ausgerüstete Gründungspfähle mit mindestens einer aus Stäben bestehenden Stützkonstruktion zu einem Konstruktionsteil vormontiert werden, das vormontierte Konstruktionsteil zum Aufstellort transportiert und mit seinen Gründungspfählen voran auf dem Meeresboden abgesetzt wird, anschließend werden die Rammpfähle in den Meeresboden gerammt und ein im Meeresboden verankertes Gründungsteil erzeugt, und abschließend in das Gründungsteil ein aushärtendes Füllmaterial in zumindest den Überdeckungsbereich der Pfähle eingefüllt und somit eine feste Gründungsstruktur ausgebildet wird.Furthermore, a method for erecting a foundation structure for a hydraulic structure is provided, in particular for an offshore wind turbine, for the independent protection is requested in which a plurality of piles equipped foundation piles are pre-assembled with at least one consisting of rods support structure to a structural part, the preassembled structural part transported to the installation site and deposited with its foundation piles ahead on the seabed, then the ramming piles are rammed into the seabed and created anchored in the seabed foundation, and finally filled in the founding part of a curing filler in at least the coverage area of the piles and thus a solid foundation structure is trained.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte und deren gezielt durchgeführten Abfolge kann eine Gründungsstruktur auf vereinfachte aber zugleich sichere Art und Weise hergestellt werden. Die Vormontage der Gründungspfähle und der jeweils darin aufgenommenen Rammpfähle mit der Stützkonstruktion zu einem fertigen Konstruktionsteil erfolgt bevorzugt noch an Land, so dass hier eine relativ genaue Vormontage gewährleistet ist. Das fertige Konstruktionsteil wird dann auf eine schwimmende Plattform gehoben und mittels dieser an den vorbestimmten Aufstellort transportiert. Das noch relativ leichte Konstruktionsteil mit seinen Pfählen und den Stützkonstruktionen wird dann mit einem Hebezeug, beispielsweise einem Schwimmkran, in einem Stück von der Plattform angehoben und mit den Gründungspfählen senkrecht nach unten weisend abgesenkt, bis die Gründungspfähle den Meeresboden berühren. Nach dem Absenken werden mit einer Slenderramme nacheinander die Rammpfähle in den Meeresboden gerammt, wodurch eine feste Verankerung des Konstruktionsteiles erreicht ist und somit ein Gründungsteil erzeugt ist. Abschließend wird in zumindest den Überdeckungsbereich der Pfähle ein aushärtendes Füllmaterial, wie zum Beispiel Beton, eingefüllt. Vorzugsweise wird das Füllmaterial sowohl in den freien Querschnitt des Rammpfahles in einen Abschnitt unterhalb des Überdeckungsbereiches der Pfähle bis in einen Bereich oberhalb des Überdeckungsbereiches eingefüllt, so dass gleichzeitig auch in den Spalt oberhalb der Führung des Gründungspfahles das Füllmaterial zwischen Rammpfahl und Gründungspfahl hineinläuft. Nach dem Aushärten des Füllmaterials ist eine derartig feste Gründungsstruktur geschaffen, die problemlos die auf die Gründungsstruktur einwirkenden dynamischen Lastwechsel von Wind oder Wellen problemlos aufnimmt.With the aid of the method steps according to the invention and their specifically implemented sequence, a foundation structure can be produced in a simplified but at the same time secure manner. The pre-assembly of the foundation piles and the respectively incorporated therein piles with the support structure to a finished structural part is preferably still on land, so that a relatively accurate pre-assembly is guaranteed here. The finished construction part is then lifted onto a floating platform and transported by means of this to the predetermined location. The still relatively lightweight construction part with its piles and the support structures is then lifted with a hoist, such as a floating crane, in one piece from the platform and lowered with the foundation piles pointing vertically down until the foundation piles touch the seabed. After lowering the ramming piles are rammed successively into the seabed with a Slenderramme, whereby a solid anchoring of the structural part is achieved and thus a founding part is produced. Finally, in at least the coverage area of the piles a curing filler material, such as concrete, filled. Preferably, the filler material becomes both filled in the free cross-section of the pile in a section below the overlap region of the piles to an area above the overlap region, so that at the same time in the gap above the leadership of the foundation pile, the filler material between the pile and foundation pile runs. After the filling material has hardened, such a solid foundation structure is created, which easily accommodates without difficulty the dynamic load changes of wind or waves acting on the foundation structure.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass nach dem Rammen das aushärtende Füllmaterial ebenfalls in einen Spalt zwischen einem Innenrohr und einem Außenrohr eines jeweiligen Gründungspfahls eingefüllt und danach die oberen Enden der Gründungspfähle verschlossen werden. Das nachträgliche Einbringen des Füllmaterials zwischen Innen- und Außenrohr hat im Gegensatz zu einem bereits bei der Vormontage erfolgten Einbringen des Füllmaterials als Kernwerkstoff zwischen Innen- und Außenrohr den Vorteil, dass das Konstruktionsteil ein geringeres Eigengewicht aufweist und somit beim Verladen auf eine schwimmende Plattform und beim Aufstellvorgang vereinfacht angehoben und ausgerichtet werden kann.According to a development of the invention, it may be provided that after ramming the hardening filling material is also filled in a gap between an inner tube and an outer tube of a respective foundation pile and then the upper ends of the foundation piles are closed. The subsequent introduction of the filling material between the inner and outer tube, in contrast to an already made during the pre-insertion of the filler material as a core material between the inner and outer tube has the advantage that the structural part has a lower weight and thus when loading on a floating platform and the Setting up can be easily raised and aligned.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:An embodiment of the invention, from which further inventive features arise, is shown in the drawing. Show it:

1: eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Gründungsstruktur, und 1 a view of a foundation structure according to the invention, and

2: eine Ansicht eines Teilabschnittes eines zur Verankerung im Meeresboden verwendeten Gründungspfahles und des darin geführten Rammpfahles im Schnitt. 2 : A view of a section of a foundation used for anchoring in the seabed foundation pile and the driven therein pile in the section.

Mit 1 ist eine Gründungsstruktur für ein Wasserbauwerk bezeichnet, insbesondere für eine Offshore-Windenergieanlage, welche drei senkrecht verlaufende Gründungspfähle 2, 3, 4 und eine Stützkonstruktion 5 mit einer Vielzahl von Stäben 6, 7, 8 und mit einer Zentralaufnahme 9 für den Turm der nicht dargestellten Windenergieanlage aufweist. Die Gründungspfähle 2, 3, 4 stehen auf dem Meeresboden 10 auf, aus denen fest damit verbundene Rammpfähle 11, 12, 13 zur Verankerung im Meeresboden herausragen. Um eine sichere Verankerung zu gewährleisten, weisen die Rammpfähle 11 bis 13 einen in den Meeresboden gerammten Abschnitt auf, der etwa der Wassertiefe am Aufstellort entspricht. Die Stützkonstruktion 5 verbindet gleichzeitig die oberen bzw. freien Enden der Gründungspfähle 2, 3, 4 oberhalb der Wasserlinie 14 untereinander, so dass durch Wind- und Wellenlasten auf die Gründungsstruktur 1 oder die Windenergieanlage wirkende Kräfte vorteilhaft auf alle drei Gründungspfähle 2 bis 4 und deren Rammpfähle 11 bis 13 verteilt werden. Zusätzlich ist in einer vorbestimmten Wassertiefe oberhalb des Meeresbodens 10 eine zweite Stützkonstruktion 15 mit Stäben 16, 17, 18 vorgesehen, welche die drei Gründungspfähle 2 bis 4 während des Verbringens an den Aufstellort oder während des Rammens vorteilhaft zueinander fixiert. Sowohl die Gründungspfähle 2 bis 4 und die Rammpfähle 11 bis 13 als auch die Pfosten bzw. Stäbe 6 bis 8 der Stützkonstruktion 5 weisen vorzugsweise eine zylindrische Ausgestaltung auf.With 1 is a foundation structure for a hydraulic structure called, in particular for an offshore wind turbine, which three vertical foundation piles 2 . 3 . four and a support structure 5 with a variety of bars 6 . 7 . 8th and with a central recording 9 for the tower of the wind turbine, not shown. The foundation piles 2 . 3 . four stand on the seabed 10 on, from which fixed piles 11 . 12 . 13 stick out for anchoring in the seabed. To ensure a secure anchoring, have the piles 11 to 13 a rammed into the seabed section, which corresponds approximately to the depth of water at the installation. The support structure 5 simultaneously connects the upper and free ends of the foundation piles 2 . 3 . four above the waterline 14 with each other, so that by wind and wave loads on the foundation structure 1 or the wind energy plant acting forces advantageous to all three foundation piles 2 to four and their piles 11 to 13 be distributed. In addition, at a predetermined depth of water above the seabed 10 a second support structure 15 with bars 16 . 17 . 18 provided, which are the three foundation piles 2 to four during the transfer to the site or during ramming advantageous fixed to each other. Both the foundation piles 2 to four and the piles 11 to 13 as well as the posts or bars 6 to 8th the support structure 5 preferably have a cylindrical configuration.

2 zeigt eine Teilansicht eines der Gründungspfähle 2 bis 4 mit einem der darin aufgenommenen Rammpfähle 11 bis 13 im Schnitt und soll insbesondere deren Aufbau näher verdeutlichen. Jeder der Gründungspfähle 2 bis 4 weist eine Wandung aus mehreren Lagen 19, 20, 21 unterschiedlichen Materials auf. Zwischen der inneren, bevorzugt metallischen Lage 19 und der äußeren, metallischen Lage 20 ist eine Zwischenlage 21 aus einem Kernwerkstoff, wie zum Beispiel Beton, eingebracht. Jeder Gründungspfahl 2 bis 4 weist in seinem Fußbereich eine seinen freien Querschnitt an der inneren Mantelfläche verringernde Führung 22 für den Rammpfahl auf, wodurch das Verlaufen der Rammpfähle während des Rammens vermieden ist. Die Führung ist dabei mittels vier, an der inneren Lage 19 eines Gründungspfahles angeordneten Blechen 23, 23' ausgebildet, die in einem Winkel von 90 Grad zueinander an der Innenseite der inneren Lage in Längsrichtung verlaufen und sich radial nach innen erstrecken. Zur Ausbildung einer stabilen Endlage der Rammpfähle 11 bis 13 in einem jeweiligen Gründungspfahl 2 bis 4 ist an der Außenseite jedes Rammpfahls in einem vorbestimmten Abstand unterhalb des oberen Endes ein ringförmiger Anschlag 24 vorgesehen, der auf den oberen Enden der Bleche 23, 23' der Führung 22 zu liegen kommt, so dass Abschnitte der beiden Pfähle zueinander einen Überdeckungsbereich 25 einer vorbestimmten Länge ausbilden. An der Unterseite jedes Gründungspfahles ist des Weiteren ein Bodenring 26 mit einer Dichtung zum Abdichten des Führungsspaltes zum Rammpfahl vorgesehen. Jeder Rammpfahl 11 bis 13 weist einen abgegrenzten Rammpfahlkopf 27 auf, der von einem Schott 28 begrenzt ist, welches von dessen oberen Ende in einem etwa die doppelte Länge des Überdeckungsbereiches 25 betragenden Abstand dessen freien, inneren Querschnitt versperrend angeordnet ist. Sowohl der Rammpfahlkopf 27 oberhalb des Schotts 28 als auch der Spalt 29 zwischen der Außenseite des Rammpfahles und der Innenseite des Gründungspfahles sowie das Teilstück des Gründungspfahles oberhalb des Überdeckungsbereiches 25 sind mit einem aushärtenden Füllmaterial 30 verfüllt. Zur Verbesserung der Zugfestigkeit des Füllmaterials 30 ist zumindest abschnittsweise auf der Innenseite der Rammpfahlwandung eine Bewehrung 31 aus beispielsweise Stäben angeordnet. Jeder Rammpfahl 11 bis 13 weist des Weiteren unterhalb des Schotts 28 mindestens einen Durchbruch 32 in seiner Pfahlwandung zur vorteilhaften Entlüftung während des Rammens in den Meeresboden 10 auf. 2 shows a partial view of one of the foundation piles 2 to four with one of the driven piles 11 to 13 on average and should clarify in particular their structure in more detail. Each of the foundation piles 2 to four has a wall of several layers 19 . 20 . 21 different material. Between the inner, preferably metallic layer 19 and the outer, metallic layer 20 is a liner 21 made of a core material, such as concrete introduced. Every foundation pile 2 to four has in its foot area a his free cross section on the inner circumferential surface reducing guide 22 for the pile on, whereby the running of the piles during ramming is avoided. The leadership is by means of four, on the inner layer 19 a foundation pile arranged sheets 23 . 23 ' are formed, which extend at an angle of 90 degrees to each other on the inner side of the inner layer in the longitudinal direction and extend radially inwardly. To form a stable end position of the driven piles 11 to 13 in a respective foundation pile 2 to four is on the outside of each driven pile at a predetermined distance below the upper end of an annular stop 24 provided on the upper ends of the sheets 23 . 23 ' the leadership 22 comes to lie, so that sections of the two piles to each other a coverage area 25 form a predetermined length. At the bottom of each foundation pile is further a bottom ring 26 provided with a seal for sealing the guide gap to the driven pile. Every pile 11 to 13 has a demarcated pile pile head 27 on top of a bulkhead 28 is limited, which from the upper end in about twice the length of the overlap area 25 amounting distance whose free inner cross-section is arranged obstructing. Both the pile pile head 27 above the bulkhead 28 as well as the gap 29 between the outside of the pile pile and the inside of the foundation pile and the portion of the foundation pile above the covering area 25 are with a hardening filler 30 filled. To improve the tensile strength of the filler 30 is at least partially on the inside of the Rammpfahlwandung a reinforcement 31 arranged for example rods. Every pile 11 to 13 has further below the bulkhead 28 at least one breakthrough 32 in its pile wall for advantageous venting while ramming into the seabed 10 on.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1673536 B1 [0003] EP 1673536 B1 [0003]

Claims (10)

Gründungsstruktur für ein Wasserbauwerk, insbesondere für eine Offshore-Windenergieanlage mit zumindest mehreren Gründungspfählen, wobei jeder Gründungspfahl einen wenigstens abschnittsweise in seinem Inneren geführten Rammpfahl zur Verankerung im Meeresboden aufweist, und mit mindestens einer Stützkonstruktion zur Aufnahme des Wasserbauwerkes, wobei die Stützkonstruktion die oberen Enden der Gründungspfähle untereinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Gründungspfahl (2, 3, 4) und der Rammpfahl (11, 12, 13) auf einem vorbestimmten Längenabschnitt einen Bereich einer Überdeckung aufweisen, wobei im Überdeckungsbereich (25) der Pfähle zumindest abschnittsweise der Spalt (29) zwischen den Pfählen sowie über einen Abschnitt des Überdeckungsbereiches (25) und in einem Teilstück unterhalb des Überdeckungsbereiches (25) der freie, innere Querschnitt des Rammpfahles (11, 12, 13) mit einem aushärtenden Füllmaterial (30) verfüllt sind.Foundation structure for a hydraulic structure, in particular for an offshore wind turbine with at least several foundation piles, each foundation pile has at least partially guided in its interior pile for anchoring in the seabed, and at least one support structure for receiving the hydraulic structure, wherein the support structure, the upper ends of the Intermediate piles interconnects, characterized in that the foundation pile ( 2 . 3 . four ) and the pile ( 11 . 12 . 13 ) on a predetermined length section have a region of an overlap, wherein in the overlap region ( 25 ) of the piles at least in sections, the gap ( 29 ) between the piles and over a portion of the coverage area ( 25 ) and in a section below the covering area ( 25 ) the free, inner cross section of the pile ( 11 . 12 . 13 ) with a hardening filling material ( 30 ) are filled. Gründungsstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gründungspfahl (2, 3, 4) im Fußbereich eine seinen freien Querschnitt an der inneren Mantelfläche verringernde Führung (27) für den Rammpfahl (11, 12, 13) aufweist.Foundation structure according to claim 1, characterized in that the foundation pile ( 2 . 3 . four ) in the foot region a guide which reduces its free cross section on the inner lateral surface ( 27 ) for the pile ( 11 . 12 . 13 ) having. Gründungsstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gründungspfahl (2 bis 4) einen Bodenring (26) mit einer den Spalt (29) zum Rammpfahl (11, 12, 13) abdichtenden Dichtung aufweist.Foundation structure according to claim 1 or 2, characterized in that the foundation pile ( 2 to four ) a bottom ring ( 26 ) with a gap ( 29 ) to the pile ( 11 . 12 . 13 ) has sealing gasket. Gründungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gründungspfahl (2 bis 4) ein seine innere Mantelfläche ausbildendes Innenrohr und ein seine äußere Mantelfläche ausbildendes Außenrohr aufweist, wobei zwischen Innenrohr und Außenrohr ein Kernwerkstoff angeordnet ist.Foundation structure according to one of claims 1 to 3, characterized in that the foundation pile ( 2 to four ) has an inner tube forming its inner circumferential surface and an outer tube forming its outer circumferential surface, wherein between the inner tube and outer tube, a core material is arranged. Gründungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rammpfahl (11 bis 13) ein im Abstand unterhalb des Überdeckungsbereiches (25) angeordnetes Schott (28) aufweist, welches den freien, inneren Querschnitt des Rammpfahles (11, 12, 13) verschließt.Foundation structure according to one of claims 1 to 4, characterized in that the driven pile ( 11 to 13 ) at a distance below the coverage area ( 25 ) arranged bulkhead ( 28 ), which has the free, inner cross section of the pile ( 11 . 12 . 13 ) closes. Gründungsstruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rammpfahl (11 bis 13) in seiner Pfahlwandung unterhalb des Schotts (28) mindestens einen Durchbruch (32) zur Entlüftung aufweist.Foundation structure according to claim 5, characterized in that the driven pile ( 11 to 13 ) in its pile wall below the bulkhead ( 28 ) at least one breakthrough ( 32 ) for venting. Gründungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rammpfahl (11 bis 13) an seiner äußeren Mantelfläche einen sich radial nach außen erstreckenden Absatz als Anschlag (24) an der Führung (22) des Gründungspfahles (2 bis 4) aufweist.Foundation structure according to one of claims 1 to 6, characterized in that the driven pile ( 11 to 13 ) on its outer lateral surface a radially outwardly extending shoulder as a stop ( 24 ) at the leadership ( 22 ) of the foundation pile ( 2 to four ) having. Gründungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rammpfahl (11 bis 13) zumindest abschnittsweise auf der Innenseite der Pfahlwandung mit Bewehrung (31) ausgerüstet ist.Foundation structure according to one of claims 1 to 7, characterized in that the driven pile ( 11 to 13 ) at least in sections on the inside of the pile wall with reinforcement ( 31 ) is equipped. Verfahren zum Errichten einer Gründungsstruktur für ein Wasserbauwerk, insbesondere für eine Offshore-Windenergieanlage, bei dem mehrere mit Rammpfählen (11, 12, 13) ausgerüstete Gründungspfähle (2, 3, 4) mit mindestens einer aus Stäben (6, 7, 8, 16, 17, 18) bestehenden Stützkonstruktion (5, 15) zu einem Konstruktionsteil vormontiert werden, das vormontierte Konstruktionsteil zum Aufstellort transportiert und mit seinen Gründungspfählen (2 bis 4) voran auf dem Meeresboden (10) abgesetzt wird, anschließend die Rammpfähle (11 bis 13) in den Meeresboden (10) gerammt und ein im Meeresboden (10) verankertes Gründungsteil erzeugt werden, und abschließend in das Gründungsteil ein aushärtendes Füllmaterial (30) in zumindest den Überdeckungsbereich (25) der Pfähle eingefüllt und somit eine feste Gründungsstruktur (1) ausgebildet wird.Method for constructing a foundation structure for a hydraulic structure, in particular for an offshore wind energy plant, in which several with piles ( 11 . 12 . 13 ) equipped foundation piles ( 2 . 3 . four ) with at least one of rods ( 6 . 7 . 8th . 16 . 17 . 18 ) existing support structure ( 5 . 15 ) are pre-assembled into a structural part, transported the pre-assembled construction part to the installation site and with its foundation piles ( 2 to four ) ahead on the seabed ( 10 ), then the piles ( 11 to 13 ) in the seabed ( 10 ) and one in the seabed ( 10 ) anchored foundation part, and finally in the founding part of a hardening filling material ( 30 ) in at least the coverage area ( 25 ) of the piles and thus a solid foundation structure ( 1 ) is formed. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Rammen das aushärtende Füllmaterial (30) in einen Bereich zwischen einem Innenrohr- und einem Außenrohr eines jeweiligen Gründungspfahls (2 bis 4) zur Ausbildung des Kernwerkstoffes zwischen Innen- und Außenrohr eingefüllt und die oberen Enden der Gründungspfähle verschlossen werden.A method according to claim 9, characterized in that after ramming the hardening filler material ( 30 ) in a region between an inner tube and an outer tube of a respective foundation pile ( 2 to four ) are filled to form the core material between the inner and outer tube and the upper ends of the foundation piles are closed.
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