DE102012016692A1

DE102012016692A1 - Method for installation of heavyweight foundation system for off-shore wind energy plant, involves countersinking base body into seabed, and temporarily preloading foundation by ballast bodies engaged at foundation in limited manner

Info

Publication number: DE102012016692A1
Application number: DE201210016692
Authority: DE
Inventors: Werner Möbius
Original assignee: WERNER MOEBIUS ENGINEERING GmbH; Werner Moebius Engineering GmbH
Current assignee: Werner Moebius Engineering GmbH
Priority date: 2012-08-24
Filing date: 2012-08-24
Publication date: 2014-02-27

Abstract

The method involves transporting a heavyweight foundation (10) and a vertical shaft (14) for supporting a tower of a wind energy plant (WEA) by a floating body (22) as a unit to a work place. The unit is lowered on a seabed at the work place. A bottom of a setting surface is fluidized by pressure water for a concrete annular base body (12). The base body is countersinked into the seabed by simultaneous displacement of fluidized bottom material to a side due to weight load of the base body. The foundation is temporarily preloaded by ballast bodies engaged at the foundation in a limited manner. The shaft is designed as a latticed mast. The heavyweight foundation is a shallow foundation and a pile foundation.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einbau eines Schwergewichtsgründungssystems für eine Offshore-WEA nach Patentanspruch 1.The invention relates to a method for installing a heavy-weight foundation system for an offshore wind turbine according to claim 1.

Bei Gründungssystemen für WEA, die offshore errichtet werden, unterscheidet man zwischen Flachgründungen und Pfahlgründungen. Im letzteren Fall werden ein oder mehrere Pfähle in den Meeresboden eingetrieben zur Abstützung des Turms einer WEA. Im ersteren Fall wird ein sogenanntes Schwergewichtsfundament verwendet, das auf dem Meeresboden abgesetzt wird. Das Schwergewichtsfundament besteht in der Regel aus einem Basiskörper und einem auf diesem angeordneten Schaft. Der Schaft ist entweder gleichzeitig Turm der WEA oder dient zur Abstützung des Turms der WEA.For foundation systems for wind turbines that are built offshore, a distinction is made between shallow foundations and pile foundations. In the latter case, one or more piles are driven into the seabed to support the tower of a WTG. In the former case, a so-called heavyweight foundation is used, which is deposited on the seabed. The heavyweight foundation usually consists of a base body and a shaft arranged on this. The shank is either the tower of the WEA at the same time or serves to support the tower of the WEA.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, den Basiskörper eines Schwergewichtsfundaments in den Meeresboden einzuspülen, vorzugsweise derart, dass seine Oberseite in Höhe des Meeresbodenniveaus zu liegen kommt. Das Einspülen des Schwergewichtsfundaments in den Meeresboden mit Hilfe von Druckwasser und des Absaugens von Sand hat etliche Vorteile, auf die hier im Einzelnen nicht eingegangen werden soll.It has already been proposed to flush the base body of a heavyweight foundation into the seabed, preferably in such a way that its upper surface comes to lie at the level of the seabed level. The flushing of the heavyweight foundation into the seabed with the help of pressurized water and the suction of sand has several advantages, which are not discussed in detail here.

Je nach Beschaffenheit des Meeresbodens ist nicht auszuschließen, dass nach dem Einbringen des Schwergewichtsgründungssystems nachträglich Setzungen eine Schieflage des Fundaments herbeiführen, was für eine WEA nicht hingenommen werden kann.Depending on the nature of the seafloor, it can not be ruled out that after the introduction of the heavy-weight foundation system, settlements subsequently cause a misalignment of the foundation, which can not be tolerated by a WTG.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Einbau eines Schwergewichtsgründungssystems für eine Offshore-WEA anzugeben, mit dem vermieden werden soll, dass eine nachträgliche Setzung des Schwergewichtsfundaments eine unerwünschte Neigung seiner Hochachse bezüglich der Vertikalen bewirkt.The invention is therefore based on the object to provide a method for installing a Schwergewichtichtsgründungssystems for an offshore wind turbine, with the aim of avoiding that subsequent settlement of the heavyweight foundation causes an undesirable inclination of its vertical axis with respect to the vertical.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is solved by the features of patent claim 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst ein Schwergewichtsfundament mit einem vorzugsweise ringförmigen Basiskörper, vorzugsweise aus Beton, und einem Vertikalschaft für die Abstützung eines Turms einer WEA oder für die Bildung des Turms der WEA als Einheit zu einem Einsatzort transportiert. Der Basiskörper kann kammernartig ausgestaltet sein, wobei die Kammern während des Seetransports nur mit Luft gefüllt sind. Alternativ kann ein ringförmiger Basiskörper im Querschnitt trogförmig sein. Das Schwergewichtsfundament hat daher einen gewissen Auftrieb, der auch dazu benutzt werden kann, das Fundament auf einfache Weise schwimmend zum Einsatzort zu transportieren. Basiskörper und vertikaler Schaft sind vorzugsweise bereits an Land als Einheit hergestellt und werden anschließend an einer Pier von einem Schwimmkörper aufgenommen und anschließend von dort mit diesem dann zum Einsatzort befördert.In the method according to the invention, first a heavy-weight foundation with a preferably annular base body, preferably made of concrete, and a vertical shaft for supporting a tower of a WT or for the formation of the tower of the WTU are transported as a unit to a place of use. The base body may be designed like a chamber, wherein the chambers are filled with air during sea transport. Alternatively, an annular base body may be trough-shaped in cross-section. The heavyweight foundation therefore has some buoyancy that can also be used to easily float the foundation to the job site. Base body and vertical shaft are preferably already made on land as a unit and are then added to a pier of a float and then transported from there with this then to the place of use.

Am Einsatzort wird die Einheit auf den Meeresboden abgesenkt, z. B. unter Führung an einem zuvor abgesenkten Führungspfahl oder einem Stützpfahl des Schwimmkörpers. Der Schwimmkörper kann durch absenkbare Stüzpfähle stabilisierbar sein. Der Führungspfahl ist nach seinem Absenken von dem Schwimmkörper gehalten, von dem aus das Schwergewichtsfundament abgesenkt wird. Vor seinem Absenken ist der Führungspfahl vorzugsweise seitlich am Schaft des Schwergewichtsgründungssystems gehalten. Alternativ kann das Fundament mittels Seilen vom Schwimmkörper abgelassen werden.At the site, the unit is lowered to the seabed, z. B. under guidance on a previously lowered guide pile or a support pile of the float. The float can be stabilized by lowerable stakes. The guide post is held after its lowering by the float, from which the heavyweight foundation is lowered. Before its lowering, the guide post is preferably held laterally on the shaft of the heavy-weight foundation system. Alternatively, the foundation can be lowered by ropes from the float.

Durch Einspülen von Druckwasser fluidisierten Sand wird der Basiskörper im Meeresboden eingesenkt, z. B. bis er an der Oberseite in Höhe des Meeresbodenniveaus liegt. Vorzugsweise wird der Basiskörper am oberen Rand von einer sogenannten Kolkschutzmatte oder ähnlichen Kolkschutzmitteln umgeben, die sich dann auf den Meeresboden auflegt. Sollte es zu einer Verkolkung am Rand des Basiskörpers kommen, kann die Kolkschutzmatte sich Vertiefungen anpassen.By flushing pressurized water fluidized sand, the base body is sunk in the seabed, z. B. until it is at the top of the seabed level. Preferably, the base body is surrounded at the top by a so-called Kolkschutzmatte or similar Kolkschutzmitteln, which then hangs up on the seabed. If it comes to a Verkolkung at the edge of the base body, the Kolkschutzmatte can adapt to depressions.

Erfindungsgemäß wird ferner mittels Ballastkörpern das Schwergewichtsfundament zeitlich begrenzt vorbelastet, bevor der Turm der WEA bzw. deren Gondel montiert wird.Furthermore, according to the invention, the heavy-weight foundation is preloaded for a limited time by means of ballast bodies before the tower of the wind turbine or its nacelle is mounted.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung werden die Ballastkörper von Behältern, vorzugsweise beutelartigen Behältern gebildet, die zum Ballastieren mit Wasser gefüllt werden. Es versteht sich, dass die Ballastkörper vorzugsweise symmetrisch zur Hochachse des Schwergewichtsfundaments angeordnet werden, um einen gleichmäßigen Druck über die Sohle des Schwergewichtsfundaments auf den Boden auszuüben. Es versteht sich ferner, dass ein gleichmäßiger Druck nur erreicht wird bei gleichmäßig verteiltem Gewicht der Ballastkörper.In one embodiment of the invention, the ballast body of containers, preferably bag-like containers are formed, which are filled to ballast with water. It is understood that the ballast bodies are preferably arranged symmetrically with respect to the vertical axis of the heavyweight foundation to exert a uniform pressure over the bottom of the heavyweight foundation on the ground. It is further understood that a uniform pressure is only achieved with uniformly distributed weight of the ballast body.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung werden die Ballastkörper über eine Haltekonstruktion, vorzugsweise in Form eines Kreuzes oder einer Plattform, am oberen Ende des Schaftes aufgehängt. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Haltekonstruktion vor dem Transport angebracht. Der letztere Verfahrensschritt ist im Wesentlichen dann von Vorteil, wenn der auf dem Basiskörper aufgerichtete Schaft nicht gleichzeitig den Turm der WEA bildet, sondern einen solchen abstützt. Die Haltekonstruktion zusammen mit den Ballastkörpern bzw. -behältern wird dann ebenfalls an Land auf dem Schaft des Fundaments montiert und zusammen mit der Einheit zum Einsatzort transportiert. Die Verbindung der Haltekonstruktion mit dem Schaft ist selbstverständlich lösbar, damit nach dem Ballastieren des Fundaments die Ballastierkonstruktion entfernt werden kann, um für den Turm der WEA Platz zu machen. Die Ballastierungszeit kann sich bis zu sechs Monaten erstrecken.According to another embodiment of the invention, the ballast body via a support structure, preferably suspended in the form of a cross or a platform at the upper end of the shaft. According to a further embodiment of the invention, the support structure is mounted prior to transport. The latter method step is essentially advantageous if the shaft erected on the base body does not simultaneously form the tower of the WEA, but supports such. The support structure together with the Ballast bodies or containers are then also mounted on land on the shaft of the foundation and transported together with the unit to the site. The connection of the support structure with the shaft is of course detachable so that after ballasting the foundation, the ballast construction can be removed to make room for the tower of the WEA. The ballasting time can be up to six months.

Es ist besonders vorteilhaft, den Schaft als Gittermast auszubilden (Jacket-Konstruktion). Der Gittermast hat den Vorteil, Wasser- und Windbewegungen weniger Widerstand entgegenzusetzen. Für eine derartige Konstruktion sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, dass an der Haltekonstruktion mindestens ein Rohr für eine Spül- und Pumpeinrichtung für das Einspülen des Basiskörpers angehängt wird, das sich bis zur Oberseite des Basiskörpers erstreckt. Für das Einbringen von Druckwasser in den Bodenbereich unterhalb des Fundaments sind geeignete Pumpen erforderlich, die vorzugsweise oberhalb des Meeresspiegels angeordnet sind und über geeignete Rohre im Bereich unterhalb der Sohle des Basiskörpers wirken. Besteht der Schaft aus einer hohlen Betonkonstruktion, können derartige Rohre und auch die Pump- und Spüleinrichtungen innerhalb des Schaftes angebracht werden. Bei einer Gittermastkonstruktion kommt eine solche Anordnung nicht in Frage. Stattdessen wird mindestens ein Hüllrohr vorgesehen, das sich zwischen dem oberen Ende des Schaftes bzw. der Haltekonstruktion und der Oberseite des Basiskörpers erstreckt. Innerhalb dieses Rohres sind dann die Rohre zum Spülen angeordnet. Die Rohre oder Schläuche für die Leitung des Druckwassers zur Sohle des Basiskörpers können auch durch hohle Stützen der Gitterkonstruktion geführt werden.It is particularly advantageous to form the shaft as a lattice mast (jacket construction). The lattice mast has the advantage of resisting water and wind movements less resistance. For such a construction, a further embodiment of the invention provides that at least one pipe for a flushing and pumping device for the flushing of the base body is attached to the support structure, which extends to the top of the base body. For the introduction of pressurized water in the bottom area below the foundation suitable pumps are required, which are preferably arranged above the sea level and act through suitable pipes in the area below the sole of the base body. If the shank consists of a hollow concrete structure, such pipes as well as the pumping and flushing devices can be installed inside the shank. In a lattice mast construction such an arrangement is out of the question. Instead, at least one cladding tube is provided, which extends between the upper end of the shaft or the support structure and the upper side of the base body. Within this tube then the pipes are arranged for rinsing. The pipes or hoses for the supply of pressurized water to the bottom of the base body can also be passed through hollow supports of the grid construction.

Es ist durchaus denkbar, den Schaft als Turm einer WEA in Form eines Gittermastes zu bilden. Der Gittermast wird, wie oben für den kürzeren Schaft beschrieben, ebenfalls vor dem Transport zum Einsatzort auf dem Basiskörper errichtet. In diesem Zusammenhang sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass nach dem Einspülen des Basiskörpers vier im Rechteck angeordnete Stützpfähle auf dessen Oberseite abgesetzt werden, deren obere Enden mit Balken verbunden werden. An jedem der vier Balken wird mindestens ein Ballastkörper angebracht. Im Gegensatz zu dem vorstehend beschriebenen Verfahrensabschnitt wird die Ballastkonstruktion erst nachträglich angebracht, um das Fundament in geeigneter Weise zu ballastieren.It is quite conceivable to form the shaft as a tower of a wind turbine in the form of a lattice mast. The lattice mast, as described above for the shorter shaft, is also erected on the base body prior to transport to the jobsite. In this context, an embodiment of the invention provides that after flushing the base body four arranged in a rectangular support piles are placed on the top, the upper ends are connected to beams. At least one ballast body is attached to each of the four beams. In contrast to the method section described above, the ballast construction is only subsequently applied to ballast the foundation in a suitable manner.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird auf der Haltekonstruktion oder dem Balken eine Arbeitsplattform angebracht.According to a further embodiment of the invention, a working platform is mounted on the support structure or the beam.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Ballastkörper symmetrisch zur Achse des Schaftes bzw. zur Hochachse des Basiskörpers angeordnet werden, eine Neigungsmessvorrichtung vorgesehen ist, die eine Neigung der Achse zur Vertikalen misst und die Beschwerung der Ballastkörper nach Maßgabe der gemessenen Neigung verändert zwecks Kompensation der Neigung. Sobald die Neigungsmessvorrichtung feststellt, dass aufgrund von Setzungen die Hochachse des Schwergewichtsfundaments sich zu neigen beginnt, wird mit Hilfe von Gewichtsänderungen in den Ballastkörpern eine Gegenmaßnahme eingeleitet.Another embodiment of the invention provides that the ballast bodies are arranged symmetrically to the axis of the shaft or to the vertical axis of the base body, an inclination measuring device is provided which measures an inclination of the axis to the vertical and the weighting of the ballast body in accordance with the measured inclination changed in order Compensation of the inclination. As soon as the inclination measuring device determines that the vertical axis of the heavyweight foundation begins to incline due to subsidence, a countermeasure is initiated by means of weight changes in the ballast bodies.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Mittel zur Durchführung des Verfahrens werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.The method according to the invention and the means for carrying out the method are explained in more detail below with reference to drawings.

1 zeigt schematisch das Aufsetzen eines Schwergewichtsgründungssystems vom Festland auf einen Schwimmkörper. 1 shows schematically the placement of a heavyweight foundation system from the mainland on a float.

2 zeigt das Einschwimmen des Schwimmkörpers mit aufgenommenem Schwergewichtsfundament mit Hilfe eines Pontonliftes. 2 shows the floating of the float with recorded heavyweight foundation using a pontoon lift.

3 zeigt das Absenken des Pontonlifts und den Transport des Schwergewichtsfundaments mit dem Schwimmkörper. 3 shows the lowering of the pontoon lift and the transport of the heavyweight foundation with the float.

4 zeigt das gesteuerte Absenken des Schwergewichtsfundaments an einem Führungspfahl am Einsatzort. 4 shows the controlled lowering of the heavyweight foundation on a guide pole at the site.

5 zeigt das Einspülen des Schwergewichtsfundaments und das gesteuerte Einsenken sowie das Ballastieren des Schwergewichtsfundaments. 5 shows the flushing in of the heavyweight foundation and the controlled sinking as well as the ballasting of the heavyweight foundation.

6 zeigt die Montage des Einspülsystems und der Ballastierung. 6 shows the installation of the flushing system and the ballast.

7 zeigt das Einspülen eines Schwergewichtsfundaments mit einem Gittermast in einer anderen Ausführungsform. 7 shows the flushing of a heavyweight foundation with a lattice mast in another embodiment.

8 zeigt das Montieren von Stützpfählen für eine Ballastierung des Schwergewichtsfundaments nach 7. 8th shows the mounting of support posts for ballasting the heavyweight foundation 7 ,

9 zeigt die Montage von Ballastierungsbalken auf den Stützpfählen nach 8. 9 shows the installation of ballast bars on the support posts 8th ,

10 zeigt die angebrachten Ballastierungsbehälter und das Anbringen einer Arbeitsplattform. 10 shows the attached ballast tanks and attaching a working platform.

11 zeigt die eingespülte und ballastierte Konstruktion mit einer Arbeitsplattform. 11 shows the flushed and ballasted construction with a working platform.

In 1 ist auf einer Gleitbahn stehend ein Schwergewichtsfundament 10 gezeigt mit einem ringförmigen Basiskörper 12 und einem Mast oder Schaft 14 in Form eines Gittermastes. Der Basiskörper 12 ist eine Tröge bildende Konstruktion, z. B. aus Beton, deren oberer Rand von einer Kolkschutzmatte 16 umgeben ist. Am Rand der Pier befindet sich ein Pontonlift 20, der mittels Stützpfählen 22 verankert ist. In 1 ist gezeigt, wie ein Schwimmkörper 22a vom Pontonlift 20 angehoben ist in Höhe der weiter nicht dargestellten Gleitbahn. Über die Gleitbahn wird ein Schwergewichtsfundament 10 auf den Schwimmkörper 22 aufgeschoben. Er gleicht dem Schwergewichtsfundament das weiter oben beschrieben wurde. Es ist außerdem noch mit einem Führungspfahl 24 versehen, der am oberen Rand mit dem Schaft 14 verbunden ist und in einer Führung des Schwimmkörpers 22 geführt ist. Ferner ist auf das obere Ende des Schaftes 14 eine Haltekonstruktion 26 aufgesetzt, an der Ballastbehälter 28 angehängt sind. Von den vier Ballastbehältern, die normalerweise vorgesehen sind, sind in 1 nur zwei gezeigt. Sie sind beutelartig und geeignet, mit Wasser gefüllt zu werden. Zunächst einmal sind sie unbefüllt. Auf der Haltekonstruktion 26 ist außerdem eine Plattform 30 angebracht, auf der Mittel zum späteren Einspülen des Schwergewichtsfundaments 10 angeordnet sind. Zu diesem gehört auch ein Rohr 32, das zwischen dem Basiskörper 12 und der Plattform 30 bzw. der Haltekonstruktion 26 geführt ist. Innerhalb des Rohres 32 können Rohre für Druckwasser geführt werden (nicht gezeigt). Hierzu gehören ferner Pumpen für Druckwasser und geeignete Antriebsvorrichtungen und Steuerungen dafür. Diese sind im Einzelnen nicht dargestellt. Alternativ kann die Zuführung von Druckwasser auch über hohle Stützen des Gittermastes erfolgen. In 1 is standing on a slide a heavyweight foundation 10 shown with an annular base body 12 and a mast or shaft 14 in the form of a lattice mast. The base body 12 is a trough-forming construction, for. B. concrete, whose upper edge of a Kolkschutzmatte 16 is surrounded. At the edge of the pier there is a pontoon lift 20 that by means of supporting piles 22 is anchored. In 1 is shown as a float 22a from the pontoon lift 20 is raised in height of the slide, not shown further. About the slideway is a heavyweight foundation 10 on the float 22 postponed. It is similar to the heavyweight foundation described above. It is also still with a guide post 24 provided at the top with the shaft 14 is connected and in a guide of the float 22 is guided. Further, on the upper end of the shaft 14 a support structure 26 put on the ballast container 28 are attached. Of the four ballast containers that are normally provided are in 1 only two shown. They are bag-like and suitable to be filled with water. First of all, they are unfilled. On the support structure 26 is also a platform 30 attached, on the means for later flushing the heavyweight foundation 10 are arranged. To this belongs also a pipe 32 that is between the base body 12 and the platform 30 or the support structure 26 is guided. Inside the tube 32 Pipes for pressurized water can be led (not shown). These also include pumps for pressurized water and suitable drive devices and controls therefor. These are not shown in detail. Alternatively, the supply of pressurized water can also take place via hollow supports of the lattice mast.

In 2 ist zu erkennen, dass Pontonlift 20 abgesenkt worden ist, um den Schwimmkörper 22 einschwimmen zu lassen. In 3 ist gezeigt, wie der Pontonlift 20 ausreichend abgesenkt ist, um das Ausschwimmen des Fundaments mit Hilfe des Schwimmkörpers 22 zu ermöglichen. Der Transport des Schwimmkörpers 22 erfolgt mit Hilfe eines bei 34 lediglich angedeuteten Schleppers.In 2 it can be seen that pontoon lift 20 has been lowered to the float 22 to swim in. In 3 is shown as the pontoon lift 20 is sufficiently lowered to the flooding of the foundation with the help of the float 22 to enable. The transport of the float 22 takes place with the help of a 34 merely indicated tractor.

In 4 ist das Schwergewichtsfundament 10 mit Hilfe des Schwimmkörpers 22 am Einsatzort angekommen. Nach Absenken des Führungspfahls 24 wird das Schwergewichtsfundament 10 gesteuert abgesenkt, bis es auf dem Meeresboden aufliegt. Der Schwimmkörper 22 wird anschließend entfernt. Der Basiskörper 12 des Fundaments 10 wird anschließend eingespült, wie dies in 5 dargestellt ist. Wie schon erwähnt, wird zu diesem Zweck der Boden unterhalb des Basiskörpers 12 fluidisiert. Der Absenkvorgang wird z. B. beendet, wenn die Oberseite des Basiskörpers auf dem Niveau des Meeresbodens angekommen ist. Das Absenken des Fundaments 10 kann auch mit Stahlseilen erfolgen, wobei am Schwimmkörper entsprechende Winden oder sonstige Seilfördermittel angeordnet sind.In 4 is the heavyweight foundation 10 with the help of the float 22 arrived at the site. After lowering the guide post 24 becomes the heavyweight foundation 10 controlled lowered until it rests on the seabed. The float 22 will be removed afterwards. The base body 12 of the foundation 10 is then rinsed, as in 5 is shown. As already mentioned, for this purpose, the bottom is below the base body 12 fluidized. The lowering process is z. B. terminated when the top of the base body has arrived at the level of the seabed. Lowering the foundation 10 can also be done with steel cables, with corresponding winches or other rope conveyors are arranged on the float.

Nachdem das Einsenken beendet ist, werden die Behälter 28 mit Wasser gefüllt. Dies ist in 5 zu erkennen. Während sie zuvor nur schlaff herabhingen, sind die Behälter 28 prall gefüllt. Auf diese Weise erfolgt eine erhebliche Belastung des Schwergewichtsfundaments z. B. mit 500 To pro Behälter, wodurch eine Belastung durch die später zu montierende WEA simuliert wird.After the sinking is finished, the containers become 28 filled with water. This is in 5 to recognize. While they were just hanging limp, the containers are 28 filled up. In this way, a considerable burden of heavyweight foundation z. B. with 500 To per container, whereby a load is simulated by the later to be mounted WEC.

Nachdem der Belastungsvorgang beendet ist, der mehrere Monate in Anspruch nehmen kann, wird anschließend die Haltekonstruktion 26 mit Arbeitsplatzform 20, Behältern 28 und Rohr 32 als Einheit vom Schaft 14 des Schwergewichtsfundaments 10 entfernt, und zwar mit Hilfe eines Hebezeugs 40, das auf einem Schwimmkörper 42 angeordnet ist und das Möglichkeiten aufweist zur Stabilisierung auf dem Meeresgrund mit Hilfe absenkbarer Stützpfähle 44, mit deren Hilfe der Schwimmkörper bzw. das Schiff 42 sich in ausreichendem Maße anheben lässt. Es versteht sich, dass die beschriebene entfernbare Einheit anschließend bei einem anderen Gründungsvorgang eingesetzt werden kann.After the loading process is completed, which can take several months, then the holding structure 26 with workplace form 20 , Containers 28 and pipe 32 as a unit from the shaft 14 of the heavyweight foundation 10 removed, with the help of a hoist 40 on a float 42 is arranged and has the possibilities for stabilization on the seabed with the help of lowerable piles 44 , with the help of the float or the ship 42 can be raised sufficiently. It is understood that the described removable unit can then be used in a different starting operation.

Es sei noch erwähnt, dass auf der Arbeitsplattform 30 eine Neigungsmessvorrichtung angeordnet werden kann, um während des Ballastierens durch Setzungen verursachte Neigungen zu messen. Durch Änderung der Belastung lässt sich eine Kompensation erzielen, beispielsweise durch Ablassen von Wasser aus einem oder zwei Behältern 28 bzw. einem weiteren Auffüllen von einem oder zwei Behältern.It should be mentioned that on the work platform 30 an inclination measuring device may be arranged to measure inclinations caused by settling during ballasting. By changing the load compensation can be achieved, for example by draining water from one or two containers 28 or another filling of one or two containers.

Die in den 7 bis 11 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der nach den vorangehenden Figuren insbesondere dadurch, dass mit dem Basiskörper des Schwergewichtsfundaments ein Gittermast verbunden wird, der auch den Turm der WEA bildet. Dies ist etwa in 7 zu erkennen. In 7 und weiteren Figuren ist ein Basiskörper 50 eines Gründungssystems 52 zu erkennen, der teilweise in den Meeresboden eingespült ist. Er gleicht in seinem Aufbau dem Basiskörper 12 nach den voranstehenden Figuren. Auf dem Basiskörper 50 ist ein Gittermast 54 aufgerichtet, der zum Beispiel eine Höhe von 140 m hat, wobei er etwa mit 40 m unterhalb des Meeresspiegels liegt. Ein Gittermast hat den Vorteil des leichteren Gewichts und des geringeren Widerstands gegenüber Wellen und Wind. Dadurch kann die dynamische Belastung, die durch Wind und Wasserkräfte verursacht werden, verringert werden.The in the 7 to 11 embodiment shown differs from that of the preceding figures, in particular in that a lattice mast is connected to the base body of the heavyweight foundation, which also forms the tower of the WEA. This is about in 7 to recognize. In 7 and other figures is a base body 50 a founding system 52 to recognize, which is partially flushed into the seabed. He resembles in its structure the base body 12 according to the preceding figures. On the base body 50 is a lattice mast 54 erected, for example, has a height of 140 m, being about 40 m below sea level. A lattice mast has the advantage of lighter weight and less resistance to waves and wind. This can reduce the dynamic load caused by wind and water forces.

In 7 ist ferner zu erkennen, wie ein Rohr 56 auf dem Basiskörper 50 aufgestellt ist, an dessen oberen Ende eine Arbeitsplattform 58 angeordnet ist. Von der Arbeitsplattform 58 aus werden Spüleinrichtungen gesteuert und betrieben, um den Spülvorgang, der weiter oben bereits erläutert wird, vorzunehmen. Es versteht sich, dass dieser Vorgang auch von einem Schwimmkörper aus vorgenommen werden kann, von dem aus das Schwergewichtsfundament 52 zunächst auf den Meeresboden abgesenkt wird. Mit diesem könnte dann auch ein Führungspfahl 60 verbunden sein, um sowohl das Absenken auf den Meeresboden als auch das Einspülen des Basiskörpers 50 gezielt zu führen. Eine Führung beim Absenken des Basiskörpers kann auch am Stützpfahl des Schwimmkörpers 64a erfolgen. Alternativ erfolgt das Absenken mittels Seilen vom Schwimmkörper aus.In 7 is also to recognize, like a pipe 56 on the base body 50 is set on whose upper end is a working platform 58 is arranged. From the work platform 58 from purging devices are controlled and operated to carry out the rinsing, which is already explained above. It is understood that this process can also be performed by a floating body, from which the heavyweight foundation 52 is first lowered to the seabed. With this then could also be a guide stake 60 be connected to both the lowering of the seabed and the flushing of the base body 50 to lead targeted. A guide when lowering the base body can also be on the support pole of the float 64a respectively. Alternatively, the lowering takes place by means of ropes from the float.

In 8 ist der ringförmige Basiskörper 50 vollständig in den Meeresboden eingespült, wobei seine Oberseite mit dem Niveau des Meeresbodens übereinstimmt. Auf dem Basiskörper 50 sind in Rechteck- oder Quadratanordnung außerhalb der Basis des Gittermastes 54 kegelartige Pylonen 62 angeordnet. Sie dienen zur Führung von vier rohrförmigen Stützpfählen 64, die, wie in 8 zu erkennen ist, von einem Schwimmkörper 64a mittels Hebezeug 66 herabgelassen werden. Der Schwimmkörper besitzt zur Stabilisierung seiner Position Stelzen oder Stützpfähle 68, mit deren Hilfe der Schwimmkörper 64a im Übrigen auch über den Meeresspiegel angehoben werden kann, um notwendige Arbeiten durchführen zu können.In 8th is the annular base body 50 completely flushed into the seabed with its top coinciding with the level of the seabed. On the base body 50 are in a rectangle or square arrangement outside the base of the lattice mast 54 cone-shaped pylons 62 arranged. They serve to guide four tubular support posts 64 that, as in 8th it can be seen from a float 64a by means of hoist 66 be lowered. The float has stilts or support posts to stabilize its position 68 , with the help of which the float 64a Incidentally, it can also be raised above sea level in order to carry out necessary work.

In 9 ist zu erkennen, wie mit Hilfe des Hebezeugs 66 anschließend Ballastierungsbalken 70 mit den oberen Enden der Stützpfähle 64 verbunden werden. Die Ballastierungsbalken 70 bilden anschließend ein Viereck oder Quadrat, das eine Haltekonstruktion für ein Ballastieren des Fundaments bildet. An den Ballastierungsbalken 70 werden beutelartige Behälter 72 angehängt, etwa in der Mitte jeweils eines Balkens. In 10 sind drei derartige Behälter 72 zu erkennen. Sie sind mit Wasser gefüllt und belasten mithin den Basiskörper 50, um dessen Setzungen zu beschleunigen und abzuschließen. Dies kann einen Zeitraum von mehreren Monaten umfassen. Das Ballastierungsverfahren gleicht dem wie es bereits weiter oben beschrieben wurde. In 10 ist ferner zu erkennen, wie mit Hilfe des Hebezeugs 66 eine Arbeitsplattform 74 auf die von dem Ballastierungsbalken 70 gebildete Haltekonstruktion aufgesetzt wird. In 11 ist gezeigt, wie der Vorgang beendet ist. Die Arbeitsplattform 74 enthält Mittel zum Auffüllen der Behälter 72 bzw. zum Ablassen von Wasser, um die Ballastierung gezielt zu steuern. Hierzu kann eine Neigungsmessvorrichtung (nicht gezeigt) verwendet werden, die auf der Arbeitsplattform 74 angeordnet wird. Auch dieses Verfahren wurde weiter oben bereits erläutert. Sobald das Vorbelastungsverfahren beendet ist, werden die Arbeitsplattform 74, die Behälter 72, Ballastierungsbalken 70 und die Stützpfähle 54 entfernt. Dies geschieht wiederum mit den gleichen Mitteln, mit denen diese Teile montiert worden sind. Daher wird darauf verzichtet, diese im Einzelnen zu erläutern. Nur nebenbei sei erwähnt, dass mit Hilfe des Schwimmkörpers 64a und des Hebezeugs 66 anschließend auch die Montage der Gondel für die WEA erfolgen kann. Zu diesem Zweck kann zum Beispiel der Schwimmkörper 64a an den Stützpfählen 68 soweit angehoben werden, dass ein Arbeiten in großer Höhe möglich ist. Dies soll jedoch im Einzelnen nicht näher dargestellt werden.In 9 can be seen, as with the help of the hoist 66 then ballast bar 70 with the upper ends of the supporting piles 64 get connected. The ballast bars 70 then form a square or square forming a support structure for ballasting the foundation. At the ballast bar 70 become bag-like containers 72 attached, approximately in the middle of each bar. In 10 are three such containers 72 to recognize. They are filled with water and thus burden the base body 50 to speed up and complete its settlements. This can span a period of several months. The ballast process is similar to that already described above. In 10 is also seen, as with the help of the hoist 66 a working platform 74 on the ballast bar 70 formed support structure is placed. In 11 it shows how the process is finished. The work platform 74 contains means for filling the containers 72 or to drain water in order to control the ballast targeted. For this purpose, an inclination measuring device (not shown) may be used which is mounted on the working platform 74 is arranged. This method has already been explained above. Once the preloading process is completed, the work platform becomes 74 , the container 72 , Ballastierungsbalken 70 and the supporting piles 54 away. This in turn is done by the same means with which these parts have been mounted. Therefore, it is omitted to explain these in detail. Just incidentally, it should be mentioned that with the help of the float 64a and the hoist 66 Subsequently, the installation of the nacelle for the wind turbine can take place. For this purpose, for example, the float 64a on the support posts 68 be raised to the extent that working at high altitude is possible. However, this should not be described in detail.

Wie bereits erwähnt, ist der Basiskörper vorzugsweise ein Ringkörper und vorzugsweise nach oben offen, d. h. trogförmig ausgebildet. Nach dem Absetzen des Ringkörpers wird dieser ballastiert, z. B. mit schwerem Kies und Steinmaterial. Zum Einsenken des Ringkörpers und zur Herstellung einer plangemäßen Gründungsebene wird der Boden unter dem Fundament durch Hochdruck-Jet-Wasser gelöst und verflüssigt. Durch das Gewicht des Schwergewichtfundaments wird der gelöste Boden seitlich verdrängt. Der verdrängte Boden wird unter der am Außenring angeordneten Kolkschutzmatte und im inneren Kreisring des Fundaments angelagert. In Anpassung an die örtlichen Verhältnisse wird eine planungsgemäße Gründungsebene, beispielsweise bei einer Absenkung des Ringkörpers von 2 m bis 4 m in den Meeresboden erreicht. Da der Ringkörper vorzugsweise nur eine Höhe von 4 m hat, ragt dieser nur wenig aus dem Meeresboden, sodass durch Strömungen entstehende Turbulenzen und Kolkausbildungen minimiert werden. Die vorzugsweise am oberen Rand des Ringkörpers angebrachte relativ schwere Kolkschutzmatte verhindert das Unterspülen des Ringkörpers und auch das Entstehen von Gasblasen. Der innere Kreisring des Ringkörpers hat einen verhältnismäßig großen Durchmesser, wobei ein zügiges Absenken des Fundaments ohne die sonst unvermeidbaren Pendelbewegungen ermöglicht wird.As already mentioned, the base body is preferably an annular body and preferably open at the top, d. H. formed trough-shaped. After discontinuation of the ring body of this is ballasted, z. B. with heavy gravel and stone material. For sinking the ring body and for producing a plan-based foundation level of the soil is dissolved under the foundation by high-pressure jet water and liquefied. Due to the weight of the heavyweight foundation, the dissolved soil is displaced sideways. The displaced soil is deposited under the anticorrosive mat on the outer ring and in the inner circular ring of the foundation. In adaptation to local conditions a planned foundation level, for example, is achieved in a lowering of the ring body of 2 m to 4 m in the seabed. Since the ring body preferably has only a height of 4 m, this protrudes only slightly from the seabed so that turbulence and Kolkausbildungen resulting from currents are minimized. The preferably attached to the upper edge of the ring body relatively heavy Kolkschutzmatte prevents under flushing of the ring body and the formation of gas bubbles. The inner annulus of the ring body has a relatively large diameter, allowing a rapid lowering of the foundation without the otherwise unavoidable oscillations.

Die offene Trogbauweise hat den Vorteil, dass die Herstellkosten des Fundaments durch Verringerung des Schalungsaufwandes und des Betonbedarfs minimiert werden. Die Aufwendungen für das Herstellen, das Umsetzen des Fundaments im Bauhafen und während des Transports zur Einbauposition verringern sich nach dieser Bauweise unter anderem infolge der erst an der Einbaustelle erfolgenden Ballastierung. Die Auffüllung des trogartigen Ringfundaments mit Hohlraum reichen Gestein begünstigt die Besiedelung mit Pflanzen und Kleintierlebewesen, sodass ein wertvoller Lebensraum für Meeresbewohner entsteht.The open trough construction has the advantage that the manufacturing costs of the foundation are minimized by reducing the formwork effort and the concrete requirements. The expenses for the manufacture, the implementation of the foundation in the port and during transport to the installation position are reduced according to this design, inter alia, as a result of the ballast taking place only at the installation site. The filling of the trough-like ring foundation with cavity-rich rock favors the colonization of plants and small animal life, creating a valuable habitat for marine life.

Das Ringfundament kann mit nach unten stehenden, vorzugsweise rohrförmigen Beinen versehen, die beim Absenken des Ringkörpers im Meeresboden in diesen tiefer eindringen. Damit ergibt sich eine kombinierte Pfahl-Platten-Gründung, und zwischen den Beinen und dem Ringkörper erfolgt eine Interaktion mit dem Untergrund. Die vertikalen Lasten werden im Wesentlichen durch Sohlpressung auf ausreichend tragfähigen ebenen Baugrund abgetragen. Die horizontalen Schubkräfte werden weitgehend durch die Beine in den Baugrund abgetragen. Diese Beine übernehmen nur geringe vertikale Lasten. Länge und Querschnitte der Gründungsbeine sind von den Bodenverhältnissen abhängig. Sie reichen zum Beispiel bis 4 m unter die Sohle des Ringkörpers und haben einen Durchmesser von z. B. 3 m.The ring foundation can be provided with downward, preferably tubular legs, which penetrate deeper into the seabed when lowering the ring body. This results in a combined pile-plate foundation, and between the legs and the ring body is an interaction with the ground. The vertical loads are essentially removed by means of sole pressing on a sufficiently stable level foundation ground. The horizontal shear forces are largely removed by the legs in the ground. These legs take on only small vertical loads. Length and cross sections of the foundation legs depend on the soil conditions. They extend, for example, to 4 m below the sole of the ring body and have a diameter of z. 3 m.

Bei rolligen und anbindigen Böden (z. B. Sand, schlurfiger Sand) wird unterhalb des Ringkörpers durch Wasserinjektion Wasserüberdruck aufgebaut, wodurch die Scherfestigkeit des Bodens herabgesetzt wird, sodass das Bodenwassergemisch unter dem Gewicht des Ringkörpers verdrängt wird und der Ringkörper einsinkt. Die in der Ringkörpersohle angeordneten Düsen und die damit verbundenen Zuleitungs- und Steuerungssysteme sind vorzugsweise in Sektionen unterteilt, sodass die Fluidisierung sektionsweise erfolgen und das Einsenken des Fundaments entsprechend gesteuert werden kann. Durch Steuerung des Wasserdrucks und der Wassermengen in bestimmten Zeitintervallen und Sektionen entsteht ein kontinuierlicher steuerbarer Prozess in Anpassung an das Absinkverhalten des Ringkörpers.In the case of rolling and adherent soils (eg sand, slippery sand) water pressure is built up below the ring body by water injection, whereby the shear strength of the soil is reduced, so that the groundwater mixture is displaced under the weight of the ring body and the ring body sinks. The nozzles arranged in the annular body and the associated supply and control systems are preferably subdivided into sections, so that the fluidization takes place in sections and the sinking of the foundation can be correspondingly controlled. By controlling the water pressure and the amounts of water at specific time intervals and sections, a continuous controllable process is created in adaptation to the decay behavior of the annular body.

Bei feinkörnigem Boden mit verhältnismäßig hoher Festigkeit (z. B. Mergel, Kreide) sind zusätzlich horizontal wirkende Hochdruckjet-Einrichtungen vorgesehen, die den Boden unter der Ringkörpersohle lösen. Der Druck des Wasserstrahls beträgt maximal 700 Bar und wird ggfs. mit Druckluft kombiniert, wodurch die Lösewirkung des Wasserstrahls konzentriert und erheblich erhöht wird.In fine-grained soil with relatively high strength (eg marl, chalk) additionally horizontally acting high-pressure jet devices are provided which release the soil beneath the annular body bottom. The pressure of the water jet is a maximum of 700 bar and is possibly combined with compressed air, whereby the dissolving effect of the water jet is concentrated and significantly increased.

Für den Fall, dass größere Steine oder Findlinge im Untergrund festgestellt werden, muss eine günstigere Position gewählt oder wie folgt verfahren werden. Die weichen Schichten werden entfernt, beispielsweise durch Wasserinjektionsverfahren. Danach wird eine Kiesschüttung mit einer Dicke von z. B. 1 m–2 m hergestellt. Auf diese Kiesschüttung wird das Ringfundament aufgesetzt. Aufgrund des Gewichts der Windkraftanlage und der speziell einsetzbaren Bodenverflüssigung wird für das Fundament eine entsprechend erhöhte Gründungsebene hergestellt, die den planmäßigen Anforderungen genügt.In the event that larger stones or boulders are found in the ground, a more favorable position must be chosen or proceed as follows. The soft layers are removed, for example by water injection methods. Thereafter, a gravel bed with a thickness of z. B. 1 m-2 m. On this gravel bed the ring foundation is placed. Due to the weight of the wind turbine and the specially usable soil liquefaction, a correspondingly increased foundation level is produced for the foundation, which meets the planned requirements.

Claims

Method for installing a heavy-weight foundation system for an offshore wind turbine, having the following features: a heavyweight foundation with a preferably annular base body, preferably made of concrete and a vertical shaft for supporting a tower of a wind turbine (WEA) or for the formation of this tower of WEA is transported by float as a unit to a site; on site, the unit is lowered to the seabed; by means of pressurized water, the bottom of the footprint for the base body is fluidized and the base body sunk into the seabed with simultaneous displacement of the fluidized soil material to the side due to the weight load of the base body; Subsequently, the heavy-weight foundation is preloaded for a limited time by means of ballast bodies acting on the heavy-weight foundation.

A method according to claim 1, characterized in that the ballast body of containers, preferably bag-like containers are formed, which are filled for ballasting with water.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the ballast body via a support structure, preferably suspended in the form of a cross or a platform at the upper end of the shaft.

A method according to claim 3, characterized in that the support structure is mounted prior to transport of the heavyweight foundation.

A method according to claim 3 or 4, characterized in that the shaft is formed as a lattice mast and at least one pipe for a purging device for fluidizing the bottom of the footprint is suspended on the support structure, which extends to the top of the base body or into it.

A method according to claim 1, characterized in that the shaft is formed as a tower of a WEA in the form of a lattice mast, after the flushing of the base body preferably four arranged in a rectangle or square support poles are placed on the top, the upper ends of the support poles with a beam or and at least one ballast body is attached to each of the four beams.

A method according to claim 3 or 6, characterized in that on the support structure or the beam, a working platform is attached.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the ballast bodies are arranged symmetrically to the axis of the shaft or vertical axis of the ballast body, an inclination measuring device is provided which measures an inclination of the axis to the vertical and the weighting of the ballast body in accordance with measured inclination is changed to compensate for the inclination.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that by means of water injection soft ground of the footprint is removed down to the level of a firmer deeper layer on the footprint of a gravel is applied, fluidized with funds at Schwergewichtichtsfundament below the bottom of the base body of the gravel is to cause a lowering of the base body while displacing the fluidized gravel to the side.

Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that an annular base body with downward - preferably tubular - legs is lowered into the bottom of the footprint.