DE102012011259A1

DE102012011259A1 - Gründungsstruktur für eine Offshore-Anlage und Verfahren zum Verankern einer Gründungsstruktur am Meeresboden

Info

Publication number: DE102012011259A1
Application number: DE102012011259A
Authority: DE
Inventors: Günter Bolten
Original assignee: Weserwind Offshore Construction Georgsmarienhuette GmbH
Current assignee: Weserwind Offshore Construction Georgsmarienhuette GmbH
Priority date: 2012-06-07
Filing date: 2012-06-07
Publication date: 2013-12-12
Also published as: EP2672011A2

Abstract

Gründungsstrukturen von Offshore-Anlagen verfügen über Pfahlhülsen (11). Die Pfahlhülsen (11) werden über im Meeresboden eingerammte Gründungspfähle (12) gesteckt und dadurch die Gründungsstruktur auf dem Meeresboden verankert. Die Gründungpfähle lassen sich in der Praxis nicht so genau in den Meeresboden einrammen, dass ihre oberen Stirnflächen (13) in einer gemeinsamen horizontalen Ebene liegen. Damit gleichwohl die Gründungsstruktur senkrecht auf den Gründungspfählen positionierbar ist, sind mindestens auf einigen Gründungspfählen Hohenausgleichselemente anzuordnen. Weil das nach dem Einrammen der Gründungspfähle in den Meeresboden geschehen muss, ist die Anordnung der Höhenausgleichselemente auf den sich unter Wasser befindlichen Gründungspfählen schwierig. Die Erfindung sieht es vor, die Höhenausgleichselemente als Ausgleichsplatten (16) mindestens einiger Pfahlhülsen (11) vor dem Aufsetzen der Gründungsstruktur auf die Pfahlhülsen (11) zuzuordnen. Dies kann über Wasser oder sogar an Land geschehen und ist dadurch einfacher. Weiterhin sieht es die Erfindung vor, jede Ausgleichsplatte (16) aus mehreren Ausgleichsteilen (17) zusammenzusetzen. Die einzelnen Ausgleichsteile (17) weisen dadurch nur einen Bruchteil des Gewichts einer Ausgleichsplatte (16) auf und sind so leichter handhabbar, und zwar gegebenenfalls auch manuell. Das erleichtert die Bildung der Ausgleichsplatten (16) und die Zuordnung derselben zur jeweiligen Pfahlhülse (11).

Description

Die Erfindung betrifft eine Gründungsstruktur für eine Offshore-Anlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verankern einer Gründungsstruktur am Meeresboden gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Gründungsstrukturen für Offshore-Anlagen, beispielsweise Offshore-Windenergieanlagen, Offshore-Umspannanlagen oder dergleichen, werden mit Gründungspfählen am bzw. auf dem Meeresboden fixiert. Die Gründungspfähle werden teilweise in den Meeresboden eingerammt. Über aus dem Meeresboden herausragende obere Endbereiche der Gründungspfähle werden an den Gründungsstrukturen befestigte Pfahlhülsen (sogenannte pile-guides) gestülpt und dadurch die Gründungsstruktur mit den Pfahlhülsen auf den oberen Stirnflächen der Gründungspfähle abgesetzt.
Beim Einrammen der Gründungspfähle in den Meeresboden sind Abweichungen zu den Pfahlhülsen der Gründungsstrukturen unvermeidbar. Solche Toleranzen müssen ausgeglichen werden. Vor allem liegen die oberen, horizontalen Stirnflächen der zur Verankerung der jeweiligen Gründungsstruktur auf dem Meeresboden dienenden Gründungspfähle nicht in einer gemeinsamen horizontalen Ebene. Gewisse Abweichungen der oberen Stirnflächen der Gründungspfähle von der vorgegebenen horizontalen Ebene, nämlich toleranzbedingte Höhenunterschiede der oberen Stirnflächen der einzelnen Gründungspfähle, müssen ausgeglichen werden. Dies geschieht durch eine oder mehrere übereinander angeordnete Höhenausgleichselemente. Bisher geschieht dieses durch Ausgleichsplatten oder sonstige Höhenausgleichselemente, die auf den Gründungspfählen positioniert werden, bevor die Pfahlhülsen der Gründungsstruktur über die oberen Endbereiche der Gründungspfähle gestülpt werden. Es ist schwierig, solche Höhenausgleichselemente auf den nach dem Einrammen in den Meeresboden sich unter Wasser befindlichen oberen Stirnflächen der Gründungspfähle zu positionieren. Außerdem sind die Höhenausgleichselemente, insbesondere Ausgleichsplatten, sehr schwer. Weil Gründungspfähle üblicherweise einen Durchmesser von mehreren Metern aufweisen, müssen die Ausgleichsplatten einen dementsprechend großen Durchmesser aufweisen.
Der Erfindung liegt nun de Aufgabe zugrunde, eine Gründungsstruktur und ein Verfahren zum Verankern derselben am oder auf dem Meeresboden zu schaffen, die einen einfacheren Höhenausgleich bei unterschiedlich tief in den Meeresboden eingerammten Gründungspfählen ermöglichen.
Eine Gründungsstruktur zur Lösung dieser Aufgabe weist die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Demnach ist es vorgesehen, die Höhenausgleichselemente aus mehreren zu einer Ausgleichsplatte gruppierten Ausgleichsteilen zu bilden. Die Höhenausgleichselemente können dadurch mehrteilig gestaltet sein, wodurch jedes Ausgleichsteil nur einen Bruchteil des Gewichts jeder einen Höhenausgleichselement bildenden Ausgleichsplatte aufweist. Das führt zu einer vereinfachten Handhabbarkeit. Bevorzugt ist es vorgesehen, die Ausgleichsplatte aus so vielen, insbesondere gleichen, Ausgleichsteilen zu bilden, dass diese über ein noch manuell handhabbares, vergleichsweise geringes Gewicht verfügen.
Bevorzugt sieht es die Erfindung vor, das Höhenausgleichselement bzw. die dieses bildende Ausgleichsplatte als einen Kreisring auszubilden und die Ausgleichsteile mit einer kreisring-segmentartigen Grundfläche zu versehen. Dabei wird von der Erkenntnis ausgegangen, dass die rohrartigen Gründungspfähle auch nur eine kreisringförmige Stirnfläche aufweisen, die direkt oder indirekt gegen die Höhenausgleichselemente drückt. Dadurch werden die Höhenausgleichselemente beschränkt auf solche Flächenbereiche, die eine Druckkraft aufnehmen müssen. Vorzugsweise ist die Kreisringfläche jedes Höhenausgleichselements im Innen- und Außendurchmesser größer als die Innen- und Außendurchmesser der Gründungspfähle, wodurch zentrische Positionierungenauigkeiten der kreisringförmigen Höhenausgleichselemente zu den schmalen Kreisringflächen der Stirnflächen der Gründungspfähle ausgleichbar sind. Durch die kreisringförmige Ausbildung der Höhenausgleichselemente und die kreisring-segmentartigen Grundflächen der diese bildenden Ausgleichsseile kann eine weitere wesentliche Gewichtsreduzierung herbeigeführt werden, die die Handhabbarkeit der kreisring-segmentartigen Ausgleichsteile erleichtert, insbesondere eine manuelle Handhabbarkeit zulässt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Ausgleichsteile miteinander verbindbar, und zwar vorzugsweise lösbar. Durch die Verbindbarkeit werden die Ausgleichsteile zur Bildung einer Ausgleichsplatte verkettet, so dass sie nicht relativ zueinander verrutschen oder gar ein Ausgleichsteil herunterfallen könnte.
Bevorzugt erfolgt die Verbindung der kreisring-segmentartigen Ausgleichsteile durch vorsprünge und dazu korrespondierende Vertiefungen zwischen benachbarten Ausgleichsteilen. Beispielsweise verfügt jedes Ausgleichsteil an einer radialgerichteten Längsseite über mindestens einen Vorsprung und an einer gegenüberliegenden radialgerichteten Längsseite über mindestens eine Vertiefung. Hierdurch ist eine lösbare Verbindung aller zur Ausgleichsplatte zusammengesetzten Ausgleichsteile möglich. Bevorzugt sind die Vertiefungen und die Erhöhungen so ausgebildet, dass durch senkrecht zur Fläche der Ausgleichsteile erfolgende Bewegungen des einen Ausgleichsteils zum anderen Ausgleichsteil die Vorsprünge und Vertiefungen formschlüssig miteinander in Eingriff gelangen, und dadurch zusammensteckbar oder zusammenhakbar sind. Die Vertiefungen werden also quasi von oben über die Vorsprünge (oder umgekehrt) geschoben. Auf diese Weise können die Ausgleichsteile zur Ausgleichsplatte verbunden werden, ohne zusätzliche Verbindungsmittel und ohne irgendwelche Werkzeuge.
Eine andere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, die kreisringsegmentartigen Ausgleichsteile mindestens mit einem in Bezug auf ihre Grundfläche etwa mittigen Durchbruch und/oder mindestens einen einseitig offenen Schlitz zu versehen. Das wird nicht nur durch Gewichtseinsparung erreicht, es können auch Schrauben, Einbauten oder dergleichen, die zu den Pfahlhülsen gehören, sich durch die Ausgleichsteile und die dadurch gebildete Ausgleichsplatte erstrecken.
Bevorzugt ist es weiter vorgesehen, die kreisring-segmentartigen Ausgleichsteile mit gewichtsreduzierenden Ausnehmungen, vorzugsweise Durchbrüchen, zu versehen. Diese Ausnehmungen bzw. Durchbrüche sind bevorzugt gleichmäßig über die Grundflächen der Ausgleichsteile verteilt. Insbesondere ist es vorgesehen, gewichtsreduzierende Ausnehmungen oder Durchbrüche in solchen Bereichen der Grundflächen der Ausgleichsteile vorzusehen, die nicht direkt mit den Stirnflächen der Gründungspfähle in Kontakt kommen und/oder keinem direkten Kraftfluss zwischen den Stirnseiten der Gründungspfähle und den damit korrespondierenden Anlageflächen, insbesondere Basisplatten, der Pfahlhülsen ausgesetzt sind. Durch die genannten Maßnahmen lassen sich die Massen der Ausgleichsteile weiter verringern, indem sie auf das Notwendige beschränkt sind. Die Handhabbarkeit der Ausgleichsteile wird dadurch weiter verbessert.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht es vor, mit Abstand unter einer Basisplatte der jeweiligen Pfahlhülse eine Kontaktplatte anzuordnen. Die Kontaktplatte ist beispielsweise hängend unter der jeweiligen Basisplatte angeordnet. Insbesondere ist diese Anordnung so getroffen, dass der Abstand der Kontaktplatte zur Basisplatte jeder Pfahlhülse veränderlich ist. Jede unter der Kontaktplatte hängend angeordnete Basisplatte dient dazu, Ausgleichsteile zur Bildung mindestens einer, aber gegebenenfalls auch mehrerer, übereinanderliegender Ausgleichsplatten zu tragen. Dadurch ist es möglich, die Ausgleichsplatten den in Betracht kommenden Pfahlhülsen zuzuordnen, nämlich auf den Kontaktplatten anzuordnen, bevor die Gründungsstruktur mit den Pfahlhülsen von oben über die aus dem Meeresboden herausragenden freien Endbereiche der Pfahlhülsen aufgesetzt werden, insbesondere über die freien Endbereiche der Gründungspfähle gestülpt werden. Die Ausgleichsteile lassen sich so von Hand noch über Wasser durch Auflegen auf die Kontaktplatten den Pfahlhülsen der Gründungsstruktur zuordnen, und zwar in der erforderlichen Anzahl übereinanderliegender Ausgleichsplatten. In der Praxis werden nicht alle Pfahlhülsen mit Höhenausgleichsplatten bildenden Ausgleichsteilen bestückt, sondern nur so wenig Pfahlhülsen wie möglich. Wenn zum Beispiel zwei Pfahlhülsen in einer Ebene liegen und nur die übrigen Pfahlhülsen darunter, brauchen nur Ausgleichsteile in entsprechender Anzahl auf den Kontaktplatten derjenigen Pfahlhülsen aufgelegt zu werden, die den unter der Ebene liegenden, tiefer eingerammten Gründungspfählen zugeordnet sind.
Bevorzugt sieht es die Erfindung vor, die jeweilige Kontaktplatte mit Abstand unter der Basisplatte jeder Pfahlhülse durch mehrere stangenartige Haltemittel, vorzugsweise Gewindestangen, Schrauben oder dergleichen aufzuhängen. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, die Haltemittel fest oder auch lösbar mit jeder Kontaktplatte zu verbinden, aber längsverschieblich durch die Basisplatte der jeweiligen Pfahlhülse hindurchzuführen. Dabei ist die Längsverschieblichkeit der Haltemittel in der Basisplatte begrenzt auf einen maximalen Abstand der Kontaktplatte unter der Basisplatte, wodurch die Kontaktplatte trotz ihrer Relativbeweglichkeit zur Basisplatte stets mit maximalem Abstand unter der Basisplatte gehalten wird. Der Abstand zwischen der Kontaktplatte und der Basisplatte ist so gewählt, dass eine maximal in Betracht kommende Anzahl übereinandergestapelter Höhenausgleichselemente, insbesondere aus mehreren Ausgleichsteilen gebildete Ausgleichsplatten, zwischen der Kontaktplatte und der Basisplatte angeordnet werden kann.
Ein Verfahren zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe weist die Maßnahmen des Anspruchs 10 auf. Bei diesem Verfahren ist vorgesehen, die Höhenausgleichselemente vor dem Aufsetzen der Pfahlhülsen auf die Gründungspfähle unter den Basisplatten der Pfahlhülsen zu positionieren. Weil die Gründungsstruktur mit den Pfahlhülsen sich vor dem Aufsetzen auf den in den Meeresboden eingerammten Gründungspfähle noch über Wasser befindet, können so die Höhenausgleichselemente den in Betracht kommenden Pfahlhülsen noch über Wasser, gegebenenfalls an Land, zugeordnet werden. Dies kann mit geringem Aufwand erfolgen. Es werden dabei nur denjenigen Pfahlhülsen Ausgleichselemente zugeordnet, die es aufgrund der Einrammtiefe des ihm jeweils zugeordneten Gründungspfahls erfordern. Auch werden vor dem Zuwasserlassen der Gründungsstruktur den in Betracht kommenden Pfahlhülsen so viele übereinandergestapelte Höhenausgleichselemente zugeordnet, wie es die Einrammtiefe des der betreffenden Pfahlhülse zuzuordnenden Gründungspfahls erforderlich macht.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden die Höhenausgleichselemente erforderlichenfalls auf unter den Basisplatten der Pfahlhülsen gehaltenen Kontaktplatten aufgelegt. Auf diese Weise werden die Höhenausgleichselemente, die zum Höhenausgleich unter den Basisplatten anzuordnen sind, von den Kontaktplatten unter den Basisplatten gehalten, bis die Pfahlhülsen über die oberen freien Enden der Gründungspfähle geschoben oder gestülpt worden sind und dadurch die Pfahlhülsen auf den oberen Stirnflächen der Gründungspfähle mit dazwischenliegenden Höhenausgleichselementen aufgesetzt sind. Die Kontaktplatten ermöglichen so das Fixieren und Sichern der Höhenausgleichselemente unter den Basisplatten der Pfahlhülsen, bis die Gründungsstruktur mit den Pfahlhülsen auf die Gründungspfähle aufgesetzt sind.
Ein besonders vorteilhaftes Verfahren sieht es vor, jedes Höhenausgleichselement aus mehreren zu einer Ausgleichsplatte zusammensetzbaren Ausgleichsteilen zu bilden. Die Ausgleichsteile weisen nur einen Bruchteil des Gewichts jeder Ausgleichsplatte auf und können so vorzugsweise manuell noch vor dem Aufsetzen der Pfahlhülsen auf die Gründungspfähle zwischen den Basisplatten und den Kontaktplatten der Pfahlhülsen platziert werden, wobei die Kontaktplatten bis zum Aufsetzen der Pfahlhülsen auf die Gründungspfähle die Ausgleichsplatten in ihrer vorgesehenen Relativposition zueinander unter der Basisplatte der jeweiligen Pfahlhülse zuverlässig halten.
Bevorzugt ist das Verfahren derart weitergebildet, dass beim Absetzen der Gründungsstruktur mit ihren Pfahlhülsen auf den Gründungspfählen von den oberen Stirnflächen der in Betracht kommenden Gründungspfählen die Kontaktplatten mit den darauf angeordneten Höhenausgleichselementen, insbesondere den zur Bildung derselben dienenden Ausgleichsteilen, gegen die Basisplatte der jeweiligen Pfahlhülse gedrückt werden. Auf diese Weise kommt bei auf den Gründungspfählen abgesetzter Gründungsstruktur ein zwischen den oberen Stirnflächen der Gründungspfähle und den Höhenausgleichselementen mit den diesen zugeordneten Kontaktplatten zu den fest mit den Pfahlhülsen verbundenen Basisplatten zustande. Dabei werden unterschiedliche Einrammtiefen der Pfahlhülsen in den Meeresboden ausgeglichen durch eine entsprechende Anzahl von Höhenausgleichselementen bzw. Ausgleichsteilen zur Bildung derselben unter der Basisplatte der jeweiligen Pfahlhülse.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 eine Gründungsstruktur mit Pfahlhülsen in einer perspektivischen Ansicht,
2 einen vertikalen Längsschnitt durch eine Pfahlhülse,
3 eine Einzelheit III aus der 2,
4 einen vertikalen Längsschnitt durch einen oberen Endbereich eines Gründungspfahls mit einer darüber gestülpten Pfahlhülse im auf eine obere Stirnfläche des Gründungspfahls abgestützten Zustand,
5 eine Draufsicht auf mehrere zusammengesetzte Ausgleichsteile zur Bildung einer Ausgleichsplatte,
6 eine perspektivische Ansicht eines Ausgleichsteils, und
7 eine Draufsicht auf das Ausgleichsteil der 6.
Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit einer Offshore-Windkraftanlage beschrieben, von der in der 1 nur eine dreidimensionale Gründungsstruktur 10 gezeigt ist. Bei dieser Gründungsstruktur 10 handelt es sich um ein sogenanntes Tripod. Die Erfindung eignet sich auch für andere Offshore-Anlagen, beispielsweise Offshore-Umspannwerke und anders gestaltete Gründungsstrukturen, zum Beispiel fachwerkartig ausgebildete Gründungsstrukturen.
Die 1 zeigt die sich größtenteils unter Wasser befindliche, als Tripod ausgebildete Gründungsstruktur 10 der Offshore-Windkraftanlage. Die Gründungsstruktur 10 trägt am oberen Ende einen nicht gezeigten Turm mit einem Rotor und anderen notwendigen Komponenten der Offshore-Windkraftanlage. Am unteren Ende der Gründungsstruktur 10 sind beim hier gezeigten Tripod drei parallele, senkrechte Pfahlhülsen 11 angeordnet. Alle drei Pfahlhülsen 11 sind gleich ausgebildet, insbesondere gleich lang und mit gleichem Durchmesser versehen. Die Pfahlhülsen 11 bilden sozusagen die Füße der Gründungsstruktur 10. Jede Pfahlhülse 11 ist durch einen in der 4 gezeigten Gründungspfahl 12 mit dem Meeresboden verbunden. Dazu ist jeder Gründungspfahl 12 zumindest zum größten Teil in den Meeresboden eingerammt. Über einen vorzugsweise aus dem Meeresboden herausragenden oberen Endbereich jedes Gründungspfahls 12 wird eine ihm zugeordnete Pfahlhülse 11 gesteckt oder gestülpt. Dabei stützt sich jede Pfahlhülse 12 auf einer vorzugsweise horizontalen oberen Stirnfläche 13 der jeweiligen Pfahlhülse 11 ab. Dadurch führen die Pfahlhülsen 11 und die ihnen zugeordneten Gründungspfähle 12 zu einer Verankerung der Gründungsstruktur 10 auf dem Meeresboden.
Sowohl die Pfahlhülsen 11 als auch die Gründungspfähle 12 sind rohrartig ausgebildet, insbesondere aus Rohren hergestellt. Der Innendurchmesser jeder Pfahlhülse 11 ist größer als der Außendurchmesser jedes Gründungspfahls 12, damit die Pfahlhülsen 11 von oben auf die Gründungspfähle 12 geschoben oder gesteckt werden können. Im Inneren jeder Pfahlhülse 11 ist mit Abstand von ihrem oberen Ende, der etwa ein Drittel der Gesamtlänge der Pfahlhülse 11 entspricht, eine senkrecht zur Längsmittelachse der Pfahlhülse 11 verlaufende Basisplatte 14 vorgesehen, die in einer horizontalen Ebene liegt. Die Basisplatte 14 ist fest mit dem Rohr zur Bildung der jeweiligen Pfahlhülse 11 verbunden, insbesondere verschweißt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Basisplatte 14 ringförmig ausgebildet, indem sie einen mittigen, vorzugsweise kreisrunden Durchbruch 15 aufweist. Der Durchmesser des Durchbruchs 15 ist etwa halb so groß wie der dem Innendurchmesser des Gründungspfahls 12 entsprechende Außendurchmesser der Basisplatte 14.
Idealerweise sollten alle drei Gründungspfähle 12 zur Verankerung der drei Pfahlhülsen 11 aufweisenden tripod-artigen Gründungsstruktur 10 so weit in den Meeresboden eingerammt sein, dass ihre oberen Stirnflächen 13 in einer gemeinsamen horizontalen Ebene liegen, damit die Gründungsstruktur 10 in senkrechter Ausrichtung auf den Gründungspfählen 12 absetzbar ist. Aus verschiedenen Gründen sind jedoch Abweichungen insbesondere hinsichtlich der Rammtiefe der Gründungspfähle 12 nicht vermeidbar. Deswegen kann es sein, dass bei drei Gründungspfählen 12 ein Gründungspfahl oder auch zwei Gründungspfähle nicht in der gemeinsamen horizontalen Ebene liegen. Dann wird ausgehend vom Gründungspfahl 12, dessen obere Stirnfläche 13 in einer höchsten horizontalen Ebene liegt, ein Hohenausgleich bei den anderen unter dieser obersten Ebene liegenden Gründungspfählen 12 vorgenommen. Dazu dienen Höhenausgleichselemente zwischen dem jeweiligen niedrigeren Gründungspfahl 12 und der diesem zugeordneten Pfahlhülse 11. Die Höhenausgleichselemente sind so bemessen bzw. in einer solchen Anzahl zwischen dem Gründungspfahl 12 und der ihm zugeordneten Pfahlhülse 11 angeordnet, dass die oberste Fläche des Höhenausgleichselements in der gleichen horizontalen Ebene liegt, in der sich die obere Stirnfläche 13 des höchsten Gründungspfahls 12 befindet. Die oberen Stirnflächen 13 der weiter eingeschlagenen Gründungspfähle 12 werden so praktisch auf ein höheres Niveau gebracht, also durch die Höhenausgleichselemente die weiter in den Meeresboden eingerammten Gründungspfähle 12 verlängert.
Bei den Höhenausgleichselementen handelt es sich bevorzugt um Ausgleichsplatten 16. Die in der Regel gleich ausgebildeten Ausgleichsplatten 16 verfügen im gezeigten Ausführungsbeispiel über eine kreisringartige Grundfläche. Dadurch umgibt ein Innendurchmesser jeder Ausgleichsplatte 16 einen kreisförmigen Durchbruch, der vorzugsweise so groß ist wie der Durchbruch 15 in der Mitte der mit der jeweiligen Pfahlhülse 11 verschweißten Basisplatte 14. Der Außendurchmesser der Ausgleichsplatte 16 ist etwas kleiner als der Innendurchmesser der Pfahlhülse 11 ausgebildet, so dass die Ausgleichsplatte 16 in der Pfahlhülse 11 frei auf- und abbewegbar ist.
Jede der vorzugsweise gleich ausgebildeten Ausgleichsplatten 16 ist mehrteilig ausgebildet. Bevorzugt ist jede Ausgleichsplatte 16 aus mehreren gleich großen Ausgleichsteilen 17 gebildet, die jeweils über eine kreisring-segmentartige Grundfläche verfügen. Durch entsprechende Zuordnung bzw. Gruppierung mehrerer Ausgleichsteile 17 entsteht die jeweilige Ausgleichsplatte 16. Die Anzahl der Ausgleichsteile 17 pro Ausgleichsplatte 16 ist so gewählt, dass die Ausgleichsteile 17 leicht handhabbar sind, vorzugsweise manuell. Das in den 5 bis 7 gezeigte Ausgleichsteil 17 ist so ausgebildet, dass zwölf gleich ausgebildete Ausgleichsteile 17 eine Ausgleichsplatte 16 bilden. Hierauf ist die Erfindung aber nicht beschränkt. Es kann – je nach Durchmesser der Gründungspfähle 12 – auch eine größere oder kleinere Anzahl von Ausgleichsteilen 17 eine Ausgleichsplatte 16 bilden.
Das in den 5 bis 7 gezeigte Ausgleichsteil 17 ist an den bezogen auf die Längsmittelachse des jeweiligen Gründungspfahls 12 radialgerichteten Längsseiten 18 und 19 mit einem Vorsprung 20 und einer damit korrespondierenden Vertiefung 21 versehen. Der Vorsprung 20 befindet sich an der Längsseite 18, während die korrespondierende Vertiefung 21 an der gegenüberliegenden radialen Längsseite 19 vorgesehen ist, und zwar nach Art einer von außen offenen Nut in dieser Längsseite 19. Der Vorsprung 20 und die dazu korrespondierende Vertiefung 21 sind auf die Grundfläche des Ausgleichsteils 17 gesehen hinterschnitten. Dadurch lassen sich benachbarte Ausgleichsteile 17 formschlüssig verbinden durch Eingriff des Vorsprungs 20 eines Ausgleichsteils 17 in die korrespondierende Vertiefung 21 des benachbarten Ausgleichsteils 17 (5). Durch diese formschlüssige Verbindung lassen sich die zu einer Ausgleichsplatte 16 gruppierten und untereinander formschlüssig verbundenen Ausgleichsteile 17 nicht trennen. Ein Trennen und auch Zusammensetzen der Ausgleichsteile 17 ist nur möglich, wenn die beiden zu verbindenden Ausgleichsteile 17 sich in unterschiedlichen Ebenen befinden, dann der Vorsprung 20 und die Vertiefung 21 der miteinander zu verbindenden Ausgleichsteile 17 zur Deckung gebracht und anschließend das zweite Ausgleichsteil 17 in die Ebene des ersten Ausgleichsteils 17 gebracht wird oder (im Falle eines Lösens der Verbindung) das zweite Ausgleichsteil 17 in eine andere Ebene gegenüber dem ersten Ausgleichsteil 17 gebracht wird.
Jedes Ausgleichsteil 17 ist zur Gewichtsreduzierung mit verschiedenen Ausnehmungen 22, 23 versehen. Im Ausführungsbeispiel der 3 sind drei Ausnehmungen 22 gegenüberliegenden, bogenförmigen Umfangsseiten 24, 25 jedes Ausgleichsteils 17 zugeordnet. Der äußeren Umfangsseite 24 sind zwei aufeinanderfolgende langlochartige Ausnehmungen 22 zugeordnet, während die kürzere innere Umfangsseite 25 nur über eine langlochartige Ausnehmung 22 verfügt. Einem inneren Flächenbereich des jeweiligen Ausgleichsteils 17 sind vier Ausnehmungen 23 zugeordnet, die sich über einen Großteil der inneren Fläche des Ausgleichsteils 17 erstrecken, so dass zwischen benachbarten Ausnehmungen 23 im Bereich der inneren Flache etwa diagonal kreuzende Stege 26 verbleiben. Die Stege 26 laufen im Zentrum der Grundfläche des Ausgleichsteils 17 zusammen auf einen Ring 27, der einen zentralen, vorzugsweise auf dem Flächenmittelpunkt des kreisring-segmentartigen Ausgleichsteils 17 liegenden kreisförmigen Durchbruch 28 umgibt.
In Richtung zur äußeren (längeren) Umfangsseite 24 sind beide Längsseiten 18 und 19 jedes Ausgleichsteils 17 hinter den Vorsprung 20 bzw. die Vertiefung 21 zurückversetzt. Dadurch entsteht zwischen jeweils zwei benachbarten Ausgleichsteilen 17 ein nach außen offener schmaler Schlitz 29 in der aus mehreren Ausgleichsteilen 17 zusammengesetzten Ausgleichsplatte 16 (5).
Die Ausgleichsteile 17 sind wie die Pfahlhülse 11 und der Gründungspfahl 12 aus Stahl hergestellt. Vorzugsweise sind die Ausgleichsteile 17 aus Stahl gegossen. Sie können aber auch spanend hergestellt sein. Wenn die aufzunehmenden Kräfte es zulassen und die Ausgleichsteile 17 besonders leicht sein sollen, können sie auch aus Aluminium bestehen, wobei es möglich ist, die Ausgleichsteile 17 aus Aluminium zu gießen oder auch spanend herzustellen.
Unter der Basisplatte 14 jeder Pfahlhülse 11 ist eine Kontaktplatte 30 angehängt. Dies erfolgt so, dass der Abstand der Kontaktplatte 30 zur fest mit der jeweiligen Pfahlhülse 11 verschweißten Basisplatte 14 veränderbar ist, so dass ein in der 2 gezeigter Zwischenraum 31 zwischen der Kontaktplatte 30 und der Basisplatte 14 in der Höhe vernderlich ist.
Die Kontaktplatte 30 verfügt über eine Grundfläche, die etwa derjenigen der Ausgleichsplatte 16 entspricht. Demzufolge ist auch die Kontaktplatte 30 kreisringartig ausgebildet mit einem inneren Durchbruch, der dem kreisrunden Durchbruch 15 in der Basisplatte 14 etwa entspricht und einem Außendurchmesser, der kleiner ist als der innendurchmesser der Pfahlhülse 11.
Die Kontaktplatte 30 ist unter der Basisplatte 14 abstandsveränderlich zu derselben mit mehreren stangenartigen Verbindungselementen aufgehängt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Verbindungselemente als Gewindestangen 33 ausgebildet, und zwar ist jedem zweiten Ausgleichsteil 17 eine gleich lange Gewindestange 33 zugeordnet, so dass die Kontaktplatte 30 hier mit sechs Gewindestangen 33 unter der Basisplatte 14 abstands- und höhenveränderlich befestigt ist. Es ist aber auch denkbar, eine geringere oder größere Anzahl von Gewindestangen 33 vorzusehen, wobei mindestens drei Gewindestangen 33 erforderlich sind und maximal eine Gewindestange 33 pro Ausgleichsteil 17 vorgesehen ist. Die Gewindestangen 33 sind solchen Positionen der Kontaktplatte 30 zugeordnet, dass jede Gewindestange 33 sich durch einen mittigen Durchbruch 28 des ihr zugeordneten Ausgleichteils 17 erstreckt. Dadurch dienen die Gewindestangen 33 auch zur radialen Zentrierung der aus zusammengesteckten Ausgleichsteilen 17 gebildeten Ausgleichsplatte 16.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt der Höhenausgleich zwischen der oberen Stirnfläche 13 des Gründungspfahls 12 und der diesem zugeordneten Pfahlhülse 11 über drei übereinandergestapelten Ausgleichsplatten 16. In einem solchen Fall erstreckt sich jede Gewindestange 33 über drei übereinanderliegende Ausgleichsteile 17 der übereinandergestapelten Ausgleichsplatten 16 (2 und 4).
Alle Gewindestangen 33 sind an ihren unteren Enden mit der Kontaktplatte 30 verbunden, beispielsweise fest verschweißt (3) oder lösbar eingeschraubt. Obere Endbereiche aller Gewindestangen 33 sind hingegen längsverschieblich durch entsprechend bemessene und platzierte Durchgangsbohrungen in der Basisplatte 14 hindurchgeführt. Die Gewindebolzen 33 sind allesamt gleich lang, wobei ihre Länge so bemessen ist, dass ein ausreichend großer, vor allem hoher, Zwischenraum 31 zwischen der Basisplatte 14 und der dieser zugeordneten Kontaktplatte 30 entsteht, um im Zwischenraum 31 eine maximal vorgesehene Anzahl von Ausgleichsplatten 16 übereinander anzuordnen. Hierbei kann es sich um maximal drei Ausgleichsplatten 16 (wie im gezeigten Ausführungsbeispiel) handeln, aber auch um eine größere oder kleinere Anzahl übereinadergestapelter Ausgleichsplatten 16. Die maximale Höhe des Zwischenraums 31 zwischen der Basisplatte 14 und der Kontaktplatte 30 wird begrenzt durch einen Anschlag im Bereich des oberen Endes jeder Gewindestange 33. Dieser Anschlag ist im gezeigten Ausführungsbeispiel durch zwei gekonterte Muttern 34 auf dem freien Endbereich jeder Gewindestange 33 gebildet, die bei unter der Basisplatte 14 hängender Kontaktplatte 30 auf der Oberseite der Basisplatte 14 anliegen und sich hier abstützen.
Die Gewindestangen 33 sind auf einem Teilkreis vorzugsweise gleichmäßig verteilt angeordnet, und zwar so, dass die Gewindestangen 33 sich durch die mittigen Durchbrüche 28 in den ihnen zugeordneten Ausgleichsteilen 17 erstrecken. Alternativ ist es denkbar, die Gewindestangen 33 so zwischen der Kontaktplatte 30 und der Basisplatte 14 zu positionieren, dass sie sich durch die Schlitze 29 zwischen benachbarten Ausgleichsteilen 17 hindurch erstrecken, insbesondere in den Bereichen der geschlossenen Enden der Schlitze 29 liegen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Installation der zuvor beschriebenen Gründungsstruktur 10 läuft wie folgt ab:
Nach dem Einrammen der beim Tripod erforderlichen drei Gründungspfähle 12 in den Meeresboden wird ermittelt, ob die oberen Stirnflächen 13 der Gründungspfähle 12 in einer gemeinsamen horizontalen Ebene liegen. Falls das nicht der Fall ist, wird der Abstand solcher Gründungspfähle 12 von der horizontalen Ebene durch den Gründungspfahl 12 mit der am höchsten liegenden oberen Stirnfläche 13 ermittelt. Dementsprechend wird festgelegt, wie viele Höhenausgleichselemente, nämlich Ausgleichsplatten 16, zwischen dem jeweiligen tieferen Gründungspfahl 12 und der ihm zuzuordnenden Pfahlhülse 11 angeordnet werden müssen, damit die Oberseite der obersten Ausgleichsplatte 16 des jeweils durch mindestens eine Ausgleichsplatte 16 nach oben verlängerten Gründungspfahls 12 in der horizontalen Ebene durch den Gründungspfahl 12 mit der höchsten Stirnfläche 13 liegt.
Die Figuren zeigen den Fall, wo zwischen einem Gründungspfähl 12 und der ihm zugeordneten Pfahlhülse 11 drei übereinanderliegende, gleich dicke Ausgleichsplatten 16 anzuordnen sind. Um Höhenunterschiede ausgleichen zu können, die nicht der Dicke einer Ausgleichsplatte 16 oder mehrerer gleich dicken Ausgleichsplatten 16 entsprechen, ist es denkbar, Ausgleichsplatten 16 unterschiedlicher Dicken vorzusehen.
Erfindungsgemäß werden die Ausgleichsplatten 16 (im gezeigten Ausführungsbeispiel drei übereinanderliegende Ausgleichsplatten 16) vor dem Absetzen der Gründungsstruktur auf den Gründungspfählen 12 unter der Basisplatte 14 derjenigen Pfahlhülse 11 angeordnet, die auf den durch drei Ausgleichsplatten 16 zu verlängernden Gründungspfahl 12 aufgeschoben wird. Dabei wird jede Ausgleichsplatte 16 aus mehreren (im gezeigten Ausführungsbeispiel zwölf gleichen) Ausgleichsteilen 17 gebildet, und zwar nach und nach. Es werden stets zwölf gleiche Ausgleichsteile 17 zu einer Ausgleichsplatte 16 zusammengesetzt und dabei lösbar formschlüssig miteinander verbunden durch Einhaken der Vorsprünge 20 in die Vertiefungen 21 benachbarter Ausgleichsteile 17. Auf diese Weise entsteht eine in sich zusammenhängende Ausgleichsplatte 16.
Die Ausgleichsteile 17 zur Bildung der jeweiligen Ausgleichsplatte 16 werden auf die mit Abstand unter der Basisplatte 14 gehaltene Kontaktplatte 30 aufgelegt und dabei nach und nach die drei übereinandergestapelten Ausgleichsplatten 16 im Zwischenraum 33 zwischen der Basisplatte 14 und der Kontaktplatte 30 gebildet. Die Kontaktplatte 30 ist zu diesem Zweck ausreichend weit von der Unterseite der Basisplatte 14 beabstandet, so dass alle drei Ausgleichsplatten 16 aus Ausgleichsteilen 17 im Zwischenraum 31 zusammengesetzt werden können.
Bei sich durch die mittigen Durchbrüche 28 jedes zweiten Ausgleichsteils 17 einer Ausgleichsplatte 16 erstreckenden Gewindestangen 33 wird zur Bildung der jeweiligen Ausgleichsplatte 16 und zur Anordnung derselben im Zwischenraum 31 so vorgegangen, dass ein durch eine Gewindestange 33 im Durchbruch 28 gehaltenes Ausgleichsteil 17 nach dem Entfernen der jeweiligen Gewindestange 33 im Zwischenraum 31 platziert wird und dabei die sich durch den Durchbruch 28 des betreffenden Ausgleichsteils 17 hindurch erstreckende Gewindestange 33 wieder zwischen der Kontaktplatte 30 und der Basisplatte 14 montiert wird. Zu diesem Zweck ist das untere Ende der jeweiligen Gewindestange 33 mit der Kontaktplatte 30 lösbar verbunden, beispielsweise in eine entsprechende Gewindebohrung in der Kontaktplatte 30 einschraubbar und oberhalb der Basisplatte 14 durch zwei gekonterte Muttern 34 als Anschlag für die Gewindestange 33 auf der Basisplatte 14 gesichert.
Es ist aber auch denkbar, die Ausgleichsteile 17 zur Bildung der im gezeigten Ausführungsbeispiel drei übereinanderliegenden Ausgleichsplatten 16 auf der von der Basisplatte 14 gelösten Kontaktplatte 30 zu platzieren bzw. zu gruppieren. Dann werden nach und nach alle Ausgleichsteile 17 vorzugsweise von Hand auf der Kontaktplatte 30 angeordnet und die Durchbrüche 28 derjenigen Ausgleichsteile 17, durch die sich die Gewindestangen 33 erstrecken, auch über die oberen Enden der Gewindestangen 33 geschoben. Nachdem so alle drei Ausgleichsplatten 16 aus Ausgleichsteilen 17 auf der Kontaktplatte 30 aufgelegt sind, wird die Kontaktplatte 30 mit den darauf liegenden drei Ausgleichsplatten 16 durch Anheben unter der Basisplatte 14 platziert, so dass die oberen freien Enden der Gewindestangen 33 durch die ihnen zugeordneten Durchgangsbohrungen in der Basisplatte 14 hindurchgesteckt sind und die freien Enden der Gewindestangen 33 oben aus der jeweiligen Basisplatte 14 herausragen. Es werden dann jeweils zwei Muttern 34 auf jede Gewindestange 33 aufgeschraubt und gekontert. Danach hängt die Kontaktplatte 30 mit den beiden darauf angeordneten Ausgleichsplatten 16 aus jeweils mehreren zusammengesetzten Ausgleichsteilen 17 unter der Basisplatte 14 der betreffenden Pfahlhülse 11.
Nachdem in der oben beschriebenen Weise bei jeder Pfahlhülse 11 vorgegangen worden ist, die einem zu verlängernden Gründungspfahl 12 zuzuordnen ist, wird die Gründungsstruktur 11 mit den Pfahlhülsen 11 und den unter einer oder auch mehreren Pfahlhülsen 11 hängenden Kontaktplatten 30 mit darauf liegenden Ausgleichsplatten 16 auf den oberen Stirnflächen 13 der Gründungspfähle 12 abgesetzt, wobei die Pfahlhülsen 11 über die oberen Endbereiche der Gründungspfähle 12 geschoben bzw. gestülpt werden. Dabei wird die Kontaktplatte 30 mit den darauf liegenden Ausgleichsplatten 16 hochgedrückt, bis sie unter der Basisplatte 14 anliegen und sich dort abstützen (4). Dann ruht auf der oberen Stirnfläche 13 des in der 4 gezeigten Gründungspfahls 12 die höhenverschiebbar unter der Basisplatte 14 gehaltene Kontaktplatte 30. Die auf dem Gründungspfahl 12 ruhende Kontaktplatte 30 stützt sich wiederum über die drei Ausgleichsplatten 16 unter der fest in der Pfahlhülse 11 verschweißten Basisplatte 14 der Pfahlhülse 11 ab. Dadurch wird der auf den betreffenden Gründungspfahl 12 entfallende Teil des Gewichts der Gründungsstruktur von der Basisplatte 13 der Pfahlhülse 11, den drei darunterliegenden Ausgleichsplatten 16 und der Kontaktplatte 30 auf die obere Stirnfläche 13 des der Pfahlhülse 11 zugeordneten Gründungspfahls 12 übertragen.
Bezugszeichenliste

10: Gründungsstruktur
11: Pfahlhülse
12: Gründungspfahl
13: obere Stirnfläche
14: Basisplatte
15: Durchbruch
16: Ausgleichsplatte
17: Ausgleichsteil
18: Längsseite
19: Längsseite
20: Vorsprung
21: Vertiefung
22: Ausnehmung
23: Ausnehmung
24: Umfangsseite
25: Umfangsseite
26: Steg
27: Ring
28: Durchbruch
29: Schlitz
30: Kontaktplatte
31: Zwischenraum
32: Durchbruch
33: Gewindestange
34: Mutter

Claims

Gründungsstruktur für eine Offshore-Anlage, vorzugsweise eine Offshore-Windkraftanlage, mit einem dreidimensionalen Gründungstragwerk, das Pfahlhülsen (11) aufweist und mit in den Meeresboden einrammbaren Gründungspfählen (12), die sich mit oberen Endbereichen in die Pfahlhülsen (11) hinein erstrecken, wobei erforderlichenfalls zwischen mindestens einem Gründungspfahl (12) und einer diesem zugeordneten Pfahlhülse (11) wenigstens ein Höhenausgleichselement platzierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Höhenausgleichselement aus mehreren zu einer Ausgleichsplatte (16) gruppierten Ausgleichsteilen (17) gebildet ist.
Gründungsstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Ausgleichsplatte (16) mit einer kreisringartigen Grundfläche die Ausgleichsteile (17) eine kreisring-segmentartige Grundfläche aufweist.
Gründungsstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsteile (17) miteinander verbindbar sind, vorzugsweise lösbar.
Gründungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes kreisring-segmentartige Ausgleichsteil (17) an einer radialgerichteten Längsseite (18) einen Vorsprung (20) und an einer gegenüberliegenden radialgerichteten Längsseite (19) eine Vertiefung (21) aufweist, wobei der Vorsprung (20) und die Vertiefung (21) derart korrespondieren, dass in der Vertiefung (21) eines Ausgleichsteils (17) ein Vorsprung (20) eines benachbarten Ausgleichsteils (17) eingreift, vorzugsweise formschlüssig.
Gründungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes kreisring-segmentartige Ausgleichsteil (17) einen in Bezug auf die Grundfläche etwa mittigen Durchbruch (28) und/oder einen einseitig offenen Schlitz aufweist.
Gründungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes kreisring-segmentartige Ausgleichsteil (17) gewichtsreduzierende Ausnehmungen (22, 23) und/oder Durchbrüche (28) aufweist, die vorzugsweise gleichmäßig über die Grundfläche des Ausgleichsteils (17) verteilt angeordnet sind.
Gründungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit Abstand unter einer Basisplatte (14) mindestens einer Pfahlhülse (11) eine wenigstens eine aus Ausgleichsteilen (15) gebildete Ausgleichsplatte (16) tragende Kontaktplatte (30) hängend angeordnet ist, vorzugsweise abstandsveräderlich zur Basisplatte (14).
Gründungsstruktur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktplatte (30) mit Abstand unter der Basisplatte (14) der jeweiligen Pfahlhülse (11) durch mehrere stangenartige Haltemittel, vorzugsweise Gewindestangen (33), gehalten ist, die mit der Kontaktplatte (30) unverschieblich, insbesondere fest, verbunden sind und längsverschieblich durch die Basisplatte (14) hindurchgeführt sind.
Gründungsstruktur nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der unter der Basisplatte (14) hängenden Kontaktplatte (30) ausreichend groß ist, um eine benötigte Anzahl übereinanderliegender Ausgleichsplatten (16) auf der Kontaktplatte (13) zu positionieren.
Verfahren zum Verankern einer Gründungsstruktur am Meeresboden, wobei Pfahlhülsen (11) der Gründungsstruktur (10) auf in den Meeresboden eingerammten Gründungspfählen (12) abgestützt werden und toleranzbedingte Abweichungen zwischen mindestens einem Gründungspfahl (12) und der ihm zugeordneten Pfahlhülse (11) mindestens durch ein Höhenausgleichselement ausgeglichen werden, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Höhenausgleichselement vor dem Aufsetzen der Pfahlhülsen (11) auf die Gründungspfähle (12) unter einer Basisplatte (14) mindestens einer Pfahlhülse (11) positioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Höhenausgleichselement auf einer unter einer Basisplatte (14) gehaltenen Kontaktplatte (30) positioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Höhenausgleichselement aus mehreren zu einer Ausgleichsplatte (16) zusammengesetzten Ausgleichsteilen (17) gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass beim Absetzen der Gründungsstruktur (10) auf den Gründungspfählen (12) von oberen Stirnflächen (13) der Gründungspfähle (12) die Kontaktplatten (30) mit mindestens einem gegebenenfalls darauf vorher positionierten Höhenausgleichselement gegen die Basisplatten (14) der Pfahlhülsen (11) gedrückt werden.