DE10239278B4

DE10239278B4 - Gründung für Wasserbauwerke

Info

Publication number: DE10239278B4
Application number: DE10239278A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr. Schwarz; Klaus Dietz
Original assignee: STUMP SPEZIALTIEFBAU GmbH
Current assignee: STUMP SPEZIALTIEFBAU GMBH, DE
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2022-08-23
Also published as: PL374482A1; EP1530662A1; WO2004020745A1; AU2003257378A1; DE10239278A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Gründung für Wasserbauwerke, insbesondere einer Offshore-Gründung für eine Windkraftanlage, welches folgende Schritte umfasst:
a) Absenken wenigstens eines vorgefertigten Senkkastens (7) auf den Untergrund des Gewässers;
b) wobei der wenigstens eine Senkkasten (7) einen vertikal verlaufenden Schaft (21, 35, 37) mit einem Kanal aufweist oder ein solcher Schaft nach dem Absenken oder während des Absenkens auf dem wenigstens einen Senkkasten hergestellt wird;
c) Bohren eines Ankerlochs (45) durch den Kanal des Schafts (21, 35, 37) und den Senkkasten (7) in den Untergrund (9a);
d) Einbau wenigstens eines Ankerzuggliedes (47) in den Untergrund (9a), den Senkkasten (7) und den Kanal des Schafts (21, 35, 37);
e) Vorspannen des wenigstens einen Ankerzuggliedes (45) gegenüber einem Widerlager im oder am oberen Ende des Schafts (21, 35, 37) oder einem auf dem Schaft montierten Bauelement.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Gründung für Wasserbauwerke, insbesondere einer Offshore-Gründung für eine Windkraftanlage, sowie eine nach dem Verfahren hergestellte Gründung.

Es sind verschiedene Verfahren für die Gründung von Wasserbauwerken, wie Leuchttürme, Schiffsanleger und Küstenschutzanlagen oder dergleichen bekannt.

Beispielsweise kann ein komplettes Gründungselement vorgefertigt werden und mittels eines Transport- und Hebeschiffs auf den Grund des Wassers abgesenkt und dort montiert werden. Zur Verankerung von Windkraftanlagen ist es bekannt, ein Stahlrohr mit entsprechendem Durchmesser und entsprechender Länge vertikal auf den Untergrund abzusenken und um eine ausreichende Länge in den Boden zu rammen. Auf das über den Wasserspiegel reichende Ende kann dann der Turm für die Windkraftanlage montiert werden.

Aus der GB 208,620 ist eine spezielle Struktur eines Senkkastens oder einer Plattform für das Arbeiten auf dem Grund eines tiefen Gewässers bekannt, wobei der Transport der Struktur an den Einsatzort schwimmend erfolgt und die Struktur anschließend in ihre Arbeitsposition auf den Grund abgesenkt wird. Der obere Teil der Struktur ragt dabei über den Wasserspiegel hinaus. Soll eine derartige Struktur das Herstellen einer Gründung in tiefen Gewässern ermöglichen, so muss die Struktur mit einer entsprechenden Länge hergestellt werden.

Es ist des Weiteren bekannt, komplette Bohrinseln, beispielsweise für die Erdölerkundung und -förderung, vorzufertigen, schwimmend an die Einsatzstelle zu fördern, dort gegebenenfalls in die vertikale Lage zu kippen und abzusenken und auf dem Grund zu verankern.

Diese Verfahren, bei denen komplette Gründungselemente oder Wasserbauwerke einschließlich deren Gründungselemente vorgefertigt und am Einsatzort abgesenkt und verankert werden, sind jedoch mit einem beträchtlichen Aufwand verbunden, insbesondere im Zusammenhang mit dem Transport der vorgefertigten Gründungselemente oder Wasserbauwerke.

In Verbindung mit der Installation von Windkraftanlagen im Offshore-Bereich ergeben sich extreme Anforderungen an hierfür geeignete Gründungen. Es müssen Verfahren entwickelt werden, die es ermöglichen, in mehr als 40-60 Metern Wassertiefe eine sichere, dauerhafte Gründung mit vertretbarem wirtschaftlichen Aufwand und kontrollierter Ausführungssicherheit zu schaffen. Es muss eine dauerhafte Plattform mit entsprechenden Abmessungen hergestellt werden, um eine Windkraftanlage in der Größenordnung von 2 MW und mehr mit ca. 100 Metern Masthöhe und mehr aufnehmen zu können. Infolge des Winddruckes auf die Windkraftanlage ergeben sich extreme Anforderungen an die Stabilität der Gründung. Insbesondere muss die im Wesentlichen vertikal verlaufende Gründung hohe Querkräfte und dynamische Beanspruchungen aufnehmen können.

Aus der DE 201 09 981 U1 ist eine Gründung für eine Offshore-Windkraftanlage bekannt, bei der das Stützgerüst, mittels welchem mehrere in den Meeresboden eingerammte Gründungsrohre verbunden sind, als räumliches Fachwerk ausgebildet ist. Hierdurch soll eine entsprechende Stabilität der Gründung gewährleistet werden. Die Gründungsrohre müssen so ausgebildet sein, dass diese entsprechend hohe Kräfte, wie sie bei Windkraftanlagen auftreten, aufnehmen können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Gründung für Wasserbauwerke, insbesondere Offshore-Gründung für eine Windkraftanlage zu schaffen, mit dem eine derartige Gründung mit vertretbarem wirtschaftlichen Aufwand und ausreichender Stabilität hergestellt werden kann. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine in einem Gewässer gegründete Plattform zu schaffen, welche mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand herstellbar ist und eine hohe Stabilität aufweist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 18.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass eine Gründung für ein Wasserbauwerk auch in großen Wassertiefen mit vertretbarem Aufwand und hoher Stabilität herstellbar ist, wenn ein Senkkasten mit einem vertikal verlaufenden Schaft auf den Grund des Wassers abgesenkt und dort mittels eines teilweise im Schaft aufgenommen Ankers vorgespannt wird. Die Verankerung des Gründungselements erfolgt durch das Bohren eines Ankerlochs durch einem im Schaft vorgesehenen Kanal, wobei dieser Kanal und der Innenraum des Senkkastens als Leerbohrung dienen.

Nach dem Herstellen der Ankerbohrung durch den Schaft hindurch im Untergrund kann in üblicher Weise der Anker eingebaut werden. Durch das Vorspannen des wenigstens eines Ankerzuggliedes gegenüber einem Widerlager im oder am oberen Ende des Schafts wird das Gründungselement sicher verankert und erhält gleichzeitig eine Stabilität, durch die auch hohe Querkräfte aufgenommen werden können. Zudem können durch das Spannen des Ankers erzeugte Setzungsprozesse des Gründungselements abgewartet und erst anschließend das zu gründende Wasserbauwerk auf das Gründungselement aufgesetzt beziehungsweise auf diesem hergestellt werden.

Des Weiteren ist es möglich, den Anker nicht nur auf die Gebrauchslast, sondern im Zuge der Ankerprüfung auf ein mehrfaches, beispielweise das 1,5-Fache, der Gebrauchslast vorzuspannen. Hierdurch wird nicht nur die statische Tauglichkeit der Gründung gesichert nachgewiesen. Vielmehr werden auch etwaige Verformungen durch Schlupf bzw. Anfangssetzungen in kurzer Zeit sicher vorweggenommen.

Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Länge des Schafts so bemessen, dass dessen oberes Ende auch nach dem Absenken des Senkkastens bzw. des gesamten Gründungselements auf den Untergrund des Gewässers bis oberhalb der Wasseroberfläche reicht. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Ankerbohrung von der Wasseroberfläche her durchgeführt werden kann.

Der Schaft kann anstelle einer kompletten Vorfertigung zur Reduzierung des Transportaufwands ein rohrförmiges Schaftinnenelement aufweisen, welches an seinem unteren Ende mit dem Senkkasten verbunden ist. Der Senkkasten weist dabei in Fortsetzung des Innenraums des rohrförmigen Schaftinnenelements einen Durchbruch auf. Das rohrförmige Schaftinnenelement wird vorzugsweise beim Absenken des Senkkastens in Form von Schüssen montiert. Der erste „Schuss" des Schaftinnenelements kann dabei mit dem Senkkasten einstöckig ausgebildet sein sein. Die Verbindung der Schüsse untereinander kann während des Absenkens an Ort und Stelle erfolgen, beispielsweise durch Verschweißen oder mittels lösbarer Verbindungsmittel.

Das Schaftinnenelement bzw. die Schüsse können als Stahlrohr bzw. entsprechende Rohrabschnitte ausgebildet sein.

Das Schaftinnenlement weist vorzugsweise einen solchen Durchmesser auf, dass es für die weitere Montage des Gründungselements als Mannrohr und/oder Versorgungsrohr dienen kann. Beispielsweise ist es möglich, über das Schaftinnenelement Druckluft zuzuführen, wobei die Monteure über das Schaftinnenelement Zugang zu dem als Taucherglocke wirkenden Senkkasten haben. Hierzu kann eine Druckluftschleuse am oberen Ende des Schaftinnenelements vorgesehen sein. Dies ermöglicht auf einfache Weise die in-situ Beurteilung des Untergrunds und die Bearbeitung des Untergrunds des Gewässers zur Herstellung eines gründungsfähigen Horizonts entsprechend dem Ergebnis der Beurteilung. Beispielsweise kann eine Schlickschicht und eine Sandschicht unterhalb des Senkkastens entfernt und der Senkkasten auf eine darunter liegende Felsschicht abgesenkt werden. Erforderlichenfalls kann die als Gründungshorizont dienende Schicht mittels Kontaktinjektion eines erhärtenden Baustoffs oder durch das Einbringen von Bodennägeln stabilisiert werden.

In vorteilhafter Weise werden, vorzugsweise vor dem Abteufen der Ankerbohrung in den Untergrund durch den Kanal des Schafts hindurch, auf das Schaftinnenelement vorgefertigte, ringförmige Schaftaußenelemente aufgesetzt. Der Innendurchmesser der Schaftaußenelemente, die vorzugsweise aus Beton bestehen, ist dabei vorzugsweise so bemessen, dass das Schaftinnenelement zwangszentrierend wirkt. Der Innendurchmesser der Schaftaußenelemente kann auch deutlich größer ausgebildet sein als der Außendurchmesser des Schaftinnenelements, um das Aufschieben der Schaftaußenelemente zu erleichtern. Eine Zwangszentrierung kann in diesem Fall durch das Vorsehen von Führungs- und Zentrierhilfen an der Außenwandung des Schaftinnenelements und/oder der Innenwandung der Schaftaußenelemente erfolgen.

Wird das Schaftinnenelement (vorzugsweise während des Absenkens des Schafts und des Senkkastens) in Form von Schüssen montiert, so können auf jeden Schuss vor dem Absenken des betreffenden Schusses (bzw. des gesamten bisher hergestellten Gründungselements) in das Wasser ein oder mehrere vorgefertigte Schaftaußenelemente aufgesetzt werden. Die Schaftaußenelemente können in axialer Richtung verbunden werden, beispielsweise mittels Formschluss an den Fugen und/oder spezieller Steckverbindungen und/oder Betonverbund.

Die Schaftaußenelemente dienen einer weiteren Stabilisierung des Schafts bzw. bilden die Außenwandung des Schafts, wenn das Schaftinnenelement später wieder entfernt wird. Die Schaftaußenelemente werden vorzugsweise vorgespannt, damit der fertige Schaft auch hohe Zug- oder Biegezug- und/oder Querkräfte aufnehmen kann. Das Vorspannen erfolgt vorzugsweise unter Verwendung von Vorspannelementen, die an der Innenwandung der Schaftaußenelemente angeordnet sind oder innerhalb der Schaftwandung selbst.

Zur weiteren Versteifung des Schafts kann der Freiraum zwischen den Innenwandungen der Schaftaußenelemente und der Außenwandung des Schaftinnenelements mit erhärtbarem Baustoff, beispielsweise Beton verfüllt werden.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung können der Senkkasten, vorzugsweise der Senkkasten und das Schaftinnenelement, unter Aussparen eines Kanals mit einem erhärtbarem Baustoff, vorzugsweise Beton, verfüllt werden. Hierdurch ergibt sich eine Stabilisierung des Schaftinnenelements bzw. des gesamten Schafts. Der Kanal weist einen solchen Durchmesser auf, dass durch den Kanal hindurch die Herstellung eines Bohrlochs im Untergrund möglich ist.

In einer anderen Ausführungsform kann nach dem Aufbau des Schafts durch die Schaftaußenelemente, vorzugsweise nach dem Verspannen der einzelnen Schaftaußenelemente und dem Bearbeiten des Untergrunds das Schaftinnenelement wieder entfernt werden. Dieses kann hierzu, wie bereits vorstehend angedeutet, aus Schüssen mit lösbaren Verbindungen zusammengesetzt werden. Anschließend können der Senkkasten, vorzugsweise der Senkkasten und das Schaftinnenelement, wieder unter Aussparen des Kanals mit einem erhärtenden Baustoff, vorzugsweise Beton, gefüllt werden.

Der Kanal kann mittels eines Rohrelements hergestellt werden, beispielsweise eines Stahl- oder Kunststoffrohrs, welches in den Bereich des Schafts und des Senkkastens eingebracht wird, welcher mit dem erhärtenden Baustoff gefüllt wird. Der das Rohrelement umgebende Ringraum wird anschließend mit dem erhärtenden Baustoff verfüllt. Dies kann durch die Anwendung des Kontraktorverfahrens geschehen. Der Beton wird hierbei mittels einer Zuführleitung im unteren Bereich des Gründungselements, d. h. im unteren Bereich des Senkkastens eingebracht und drückt das darin befindliche Wasser oder Restwasser nach oben.

Zur Herstellung des Ankers kann auf das obere Ende des Schafts eine Arbeitsbühne aufgesetzt werden. Dies ermöglicht auf einfache Weise das Aufnehmen entsprechender Gerätschaften, insbesondere einer Bohrbühne.

Die Arbeitsbühne kann vorzugsweise so am oberen Ende des Schafts befestigt sein, dass das obere Ende des Schafts frei zugänglich ist. Auf diese Weise kann auf das obere Ende des Schafts eine Kopfplatte auf den Schaft aufgesetzt werden, die als Widerlager für das Vorspannen des Ankers bzw. des wenigstens einen Zuggliedes des Ankers dient.

Selbstverständlich kann jedoch auch im obersten Bereich des Schafts ein Widerlager vorgesehen sein, gegenüber dem der Anker vorgespannt werden kann.

Erfindungsgemäß erweist es sich als vorteilhaft, als Träger für ein Wasserbauwerk eine Plattform zu verwenden, welche mittels dreier derartiger Gründungselemente auf dem Gewässergrund verankert ist. Ein derartiges Tripod stellt einen optimalen Kompromiss zwischen dem mit der Herstellung einer derartigen gegründeten Plattform verbundenen Aufwand und der Stabilität her. Die Plattform selbst kann entweder vorgefertigt sein und mittels Anschlusskonstruktionen an der Unterseite der Plattform auf die Gründungselemente aufgesetzt werden, welche einen Formschluss gewährleisten. Selbstverständlich kann die Plattform jedoch auch in üblicher Weise an Ort und Stelle hergestellt und mit den Gründungselementen verbunden werden, beispielsweise durch Betonieren mittels entsprechender Schalungen, gegebenenfalls unter Einsatz entsprechender Fertigteile.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung durch ein Gründungselement, welches schussweise montiert und abgesenkt wird;
2 eine schematische Schnittdarstellung eines abgesenkten Gründungselements in der Phase der Bearbeitung des Gründungshorizonts;
3 einen Schnitt entlang der Linie A-A in 2;
4 eine schematische Schnittdarstellung des fertig montierten Gründungselements in der Phase des Bohrens des Ankerlochs;
5 einen Schnitt entlang der Linie B-B in 4;
6 eine schematische Schnittdarstellung des Gründungselements in der Phase des Ankereinbaus;
7 einen Schnitt entlang der Linie C-C in 6;
8 eine schematische Teil-Schnittdarstellung des fertigen Wasserbauwerks;
9 eine Schnittdarstellung entlang der Linie D-D in 8 und
10 eine schematische Teil-Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines fertigen Wasserbauwerks.
1 zeigt schematisch im Schnitt bzw. in der Seitenansicht eine Hubinsel 1, mit welcher ein Gründungselement 3 für ein Wasserbauwerk 5 (8 und 9) herstellbar bzw. montierbar ist. Das Gründungselement 3 umfasst einen Senkkasten 7, der beispielsweise einen topfförmigen Aufbau haben kann. Die zylindrische Wandung kann an ihrer Unterseite schneidenartig ausgebildet sein, um ein leichtes Eindringen des Senkkastens in einen weichen Untergrund 9 des Gewässers zu ermöglichen. Der Untergrund kann, wie in 1 dargestellt, aus einem felsigen Untergrund 9a bestehen, dessen obere Kante den Gründungshorizont für das Gründungselement 3 bildet. Auf dem felsigen Untergrund 9a kann eine sandige Schicht 9b und darüber eine Schlickschicht 9c vorhanden sein.
Die Hubinsel kann mittels mehrerer Stelzen 11 auf dem Untergrund temporär verankert sein und ragt über den Wasserspiegel W hinaus.
Die Hubinsel 1 weist eine Kranvorrichtung 13 mit einem fahrbaren Kranwagen 15 auf, an welchem eine vertikal heb- und absenkbare Hubplatte 17 angeordnet ist. Mittels der Hubplatte 17 können auf der Hubinsel 1 gelagerte (nicht dargestellt) Montageteile zur Herstellung des Gründungselements aus einer Lagerposition in die in 1 dargestellte Montageposition bewegt werden. Des Weiteren dient die Hubplatte 17 zur schwimmenden Halterung und zum Absenken des bereits montierten Teils des Gründungselements 3.
Wie in 1 dargestellt, kann das Gründungselement 3 aus einzelnen Schüssen für ein Schaftinnenelement 19 und ein Schaftaunenelement 21 zusammengesetzt werden. 1 zeigt, dass der Senkkasten 7 in seiner oberen, horizontal verlaufenden Wandung einen Durchbruch zur Aufnahme eines ersten Schusses des Schaftinnenelements 19 aufweist. Dieser erste Teil des Schaftinnenelements 19 kann infolge der erforderlichen Abdichtung zwischen Schaftinnenelement und Senkkasten auch vormontiert sein. Gleiches gilt für den ersten Schuss des Schaftaußenelements 21, der ebenfalls bereits einstöckig mit dem Senkkasten 7 ausgebildet sein kann.
Auf den Senkkasten 3 und die ersten Schüsse des Schaftinnenelements 19 bzw. des Schaftaußenelements 21 wurden bei der in 1 dargestellten Montagephase bereits je ein weiterer Schuss aufgesetzt. Das Verbinden der Schüsse für das Schaftinnenelement 19 kann mittels lösbarer Verbindungen erfolgen, die jedoch eine ausreichende Dichtigkeit aufweisen müssen, um später das Schaftinnenelement mit Druckluft beaufschlagen zu können. Die Schüsse des Schaftaußenelements 21 können mittels Betonverbund montiert und zusätzlich mittels entsprechender Vorspannelemente 23 verbunden werden. Die Vorspannelemente 23 dienen bei der in 1 dargestellten Ausführungsform des Verfahrens zur Montage des Gründungselements 3 gleichzeitig zur schwimmenden Halterung des jeweils vorgefertigten Teils des Gründungselements 3 an der Hubplatte 17 der Kranvorrichtung 13.
Die Hubinsel 1 weist des Weiteren eine Klemmvorrichtung 25 auf, mit welcher der jeweils oberste Schuss des bis dahin vormontierten Gründungselements 3 klemmend an der Hubinsel 1 gehalten werden kann. In der geklemmten Phase kann die Hubplatte 17 vom Gründungselement 3 gelöst und jeweils ein neuer Schuss für das Schaftinnenelement 19 bzw. das Schaftaußenelement 21 aufgesetzt werden. Dabei erfolgt vorzugsweise zunächst das Aufsetzen des Schusses für das Schaftinnenelement 19 und anschließend das Aufsetzen des weiteren Schusses für das Schaftaußenelement 21. Jedes Schaftaußenelement 21 kann im Bereich des oberen Endes sich radial nach innen erstreckende Vorsprünge 27 aufweisen, die als Widerlager für das Spannen der Vorspannelemente 23 dienen. In jedem Fall sollte der oberste Schuss für das Schaftaußenelement 21 derartige Vorsprünge 27 aufweisen, um im Endzustand ein durchgängiges Verspannen sämtlicher Schüsse für das Schaftaußenelement 21 zu ermöglichen. Das untere Widerlager für die Vorspannelemente 23 wird durch die horizontal verlaufende Wandung des Senkkastens 7 gebildet, wie in 1 ersichtlich.
Für das Aufsetzen der Schüsse für das Schaftaußenelement 21 können an der Außenwandung der Schüsse für das Schaftinnenelement 19 sich radial nach außen erstreckende Führungs- und Zentriervorsprünge 29 ausgebildet sein. Die oberen Kanten der Führungs- und Zentriervorsprünge 29 sind schräg nach unten verlaufend ausgebildet, so dass beim ersten Aufsetzen eines Schusses für das Schaftaußenelements 21 zunächst ein Zentrieren erfolgt und anschließend eine Führung über die vertikalen Bereiche der Führungs- und Zentriervorsprünge 29.
In 2 ist im linken oberen Abschnitt schematisch dargestellt, dass nach dem kompletten Absenken des bis zu dieser Phase vorgefertigten Gründungselements 3 auf den Untergrund eine Luftschleuse 31 mit dem oberen Ende des Schaftinnenelements 19 verbunden werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, den kompletten Innenraum des Schaftinnenelements 19 und des Senkkastens 7 derart mit Druckluft zu beaufschlagen, dass das gesamte Wasser aus diesem Innenraum herausgedrückt wird. Auf diese Weise ist es möglich, über die Luftschleuse 31 Montagepersonal über den Innenraum des Schaftinnenelements 19 bis in den Innenraum des Senkkastens 7 absteigen zu lassen. Auf diese Weise kann eine In-Situ-Beurteilung des Untergrunds erfolgen und gleichzeitig mittels eines Spülrohrs und einer Pumpe loses oder weiches Bodenmaterial im Inneren des Senkkastens abgetragen und an die Oberfläche gepumpt werden.
Sitzt der Senkkasten dann auf dem endgültigen Gründungshorizont, beispielsweise dem in 1 dargestellten felsigen Untergrund 9a auf, so kann dieser vom Bodenpersonal auf seine Beschaffenheit und Tragfähigkeit hin untersucht wer den. Genügt der Boden nicht den Anforderungen an die Tragfähigkeit, so kann eine entsprechende Bearbeitung vorgenommen werden, wie dies in 2 dargestellt ist. Hier wurde über das Schaftinnenelement (nach wie vor druckluftbeaufschlagt) ein Gerät zum Herstellen von Erdnägeln 33 in den Innenraum des Senkkastens 7 gebracht. Die Erdnägel können beispielsweise entlang eines gedachten Kreises in äquidistanten Abständen eingebracht werden, wie dies in 3 dargestellt ist.
2 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Herstellung des Gründungselements, wobei ein Ponton 35 verwendet wird, der auf der Wasseroberfläche schwimmend eine Kranvorrichtung 13' tragen kann. Selbstverständlich kann der Ponton auch als Stelzenponton ausgebildet sein. Mit derartigen Stelzenpontons ist eine Montage bis zu einer Wassertiefe von ca. 30 Metern möglich.
4 zeigt eine Montagephase, bei der das Gründungselement 3 bis auf seine Verankerung im Untergrund bereits fertig hergestellt wurde. Hierzu wurde nach dem Entfernen der Luftschleuse 31, ausgehend von der in 2 dargestellten Montagephase, zunächst das Schaftinnenelement 19 entfernt. Dies kann durch Lösen des unteren Endes des Schaftinnenelements 19 an der Verbindungsstelle mit dem Senkkasten und das schussweise Abmontieren und Herausziehen nach oben erfolgen.
Ist der unterste „Schuss" des Schaftinnenelements einstöckig oder nicht lösbar mit dem Senkkasten 7 verbunden, so kann ein Herausziehen und Demontieren des Schaftinnenelements 19 nach dem Lösen des über diesen ersten „Schuss" liegenden Schusses des Schaftinnenelements 19 erfolgen.
Durch das Demontieren des Schaftinnenelements kann dieses wiederverwendet werden, wodurch das Gründungselement 3 kostengünstiger hergestellt werden kann.
Nach dem Demontieren des Schaftinnenelements 19 wurde in den Innenraum des Schaftaußenelements 21 ein Abschalrohr 35 eingebracht. Das Abschalrohr 35 kann beispielsweise aus Kunststoff bestehen. Das Abschalrohr 35 erstreckt sich bis an den Gründungshorizont.
Anschließend wurde der das Abschalrohr 35 umgebende Hohlraum innerhalb des Schaftaußenelements 21 bzw. des Senkkastens 7 mit einem erhärtenden Baustoff 37, beispielsweise Beton, verfüllt. Nach dem Erhärten des Baustoffs 37 wurden die Spannelemente 23 gegenüber der Oberseite des erhärteten Baustoffs 37 vorgespannt. Die Spannelemente 23 können in üblicher Weise ausgebildet sein, beispielsweise als Spannlitzen, die in Kunststoffrohren verlaufen, die mit Korrosionsschutz gefüllt sind.
Nach dem Verfüllen des Ringraums bzw. des Innenraums des Schaftaußenelements 21 mit dem erhärtenden Baustoff 37 besteht bereits ein ausreichender Anschluss des Gründungselements 3 an den Gründungshorizont. In diesem Zustand kann auf das Gründungselement eine Montageplattform oder Arbeitsbühne 39 aufgesetzt werden. Diese Situation ist in 4 ausgehend von dem herzustellenden fertigen Bauwerk in den 8 und 9 dargestellt, bei dem ein Tripod aus drei Gründungselementen 3 und einer darauf aufgesetzten Plattform 41 besteht.
Nach dem Aufsetzen der Arbeitsbühne 39 kann durch den Kanal innerhalb des Abschalrohrs 35 mittels eines auf der Plattform befindlichen Bohrgeräts 43 ein Ankerloch 45 in den Untergrund unterhalb des Gründungshorizonts gebohrt werden. Der Kanal innerhalb des Gründungselements 3 dient dabei als Leerbohrung.
Nach dem Herstellen des Ankerlochs kann, ebenfalls von der Arbeitsbühne 39 aus, mittels eines entsprechenden Geräts, beispielsweise eines Krans, der Anker eingebaut werden. Hierzu kann das Zugelement, wie in 6 dargestellt, von einer Trommel mit entsprechend großem Radius abgezogen werden. Bei dem Zugelement 47 kann es sich beispielsweise um eine Stahl-Ankerlitze handeln. Diese wird bis in das Bohrloch 45 (4) eingebracht und in diesem durch Verpressen in üblicher Weise verankert. Der Hohlraum innerhalb des Abschalrohrs 35 oberhalb des Gründungshorizonts kann mit Korrosionsschutz, beispielsweise Zementsuspension, verfüllt werden.
Nach dem Montieren des Ankers kann die Arbeitsbühne 39 abgenommen und die endgültige Plattform 41 auf die Gründungselemente 3 aufgesetzt werden, wie es in 8 und 9 dargestellt ist. Die Plattform 41 kann entweder als vorgefertigtes Bauteil, beispielsweise formschlüssig auf das Tripod der Gründungselemente 3 aufgesetzt werden oder aber in konventioneller Weise, gegebenenfalls unter Verwendung von Fertigbauelementen, auf den oberen Enden der Gründungselemente 3 hergestellt werden.
Wie in 8 dargestellt, kann das Spannen der Zugelemente 47 der Anker am oberen Ende gegenüber der Plattform 41 als Widerlager erfolgen. Auf der Plattform 41 kann das eigentliche Wasserbauwerk, beispielsweise der Turm 49 einer Windkraftanlage, montiert werden.
Bei der in 10 dargestellten weiteren Ausführungsform eines Wasserbauwerks in Form einer Windkraftanlage ist der Turm 49 der Windkraftanlage auf einer Plattform montiert, welche mittels Gründungselementen 3 in Form eines Tripods analog den 8 und 9 auf dem Untergrund verankert ist. Im Unterschied zur in den 1 bis 9 beschriebenen Ausführungsform liegt die Plattform 41 jedoch nicht über dem Wasserspiegel W, sondern relativ knapp über dem Untergrund im Wasser. Die Herstellung der Gründungselemente kann jedoch weitgehend wie vorstehend beschrieben erfolgen. Beispielsweise kann während der Herstellung bzw. Montage der Gründungselemente 3 auch unter Wasser eine Druckschleuse verwendet werden. Die Plattform 41 wird vorzugsweise weitgehend vorgefertigt, um die aufwendigere Herstellung unter Wasser zu vermeiden.
Diese Ausführungsform weist den Vorteil wesentlich kürzerer Gründungselemente auf, auch die Anker können entsprechend kürzer sein. Die Gründungselemente können in Folge ihrer geringeren Höhe bzw. Länge auch weitgehend vorgefertigt sein, ohne dass der Transport der Gründungselemente zum Montageort problematisch wird. Beispielsweise können die Gründungselemente bis auf das Füllen mit dem erhärtenden Baustoff 37 vorgefertigt sein, ggf. zusammen mit dem inneren Schaftelement 19.
Wird der Untergrund nicht aus dem Senkkasten heraus bearbeitet, so kann auch das gesamte Gründungselement vorgefertigt sein, abgesehen vom Einbau des Ankers. In diesem Fall kann nur der Senkkasten oder ein Teil davon noch nicht mit erhärtbarem Baustoff gefüllt sein. Dieser Teil kann nach dem Aufsetzen des Gründungselements auf den vorbereiteten Gründungshorizont über den Kanal bzw. das Abschalrohr 35 mit erhärtbarem Baustoff verfüllt und so der Anschluss an den Gründungshorizont hergestellt werden. Auch das Vorfertigen und Montieren eines gesamten Tripods mit Plattform ist auf diese Weise möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Gründungselements ermöglicht das einfache und kostengünstige Aufbauen bzw. Montieren eines Gründungselements auch in großen Wassertiefen, wobei gleichzeitig eine ausreichende Stabilität zur Aufnahme hoher Querkräfte gewährleistet werden kann. Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend dargestellten Ausführungsbeispiele begrenzt. Es ist selbstverständlich für einen Fachmann ohne Weiteres möglich, weitere Ausführungsformen zu schaffen, welche andere Kombinationen von Merkmalen aufweisen, die vorstehend im Zusammenhang mit den beiden in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen beschrieben sind.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Gründung für Wasserbauwerke, insbesondere einer Offshore-Gründung für eine Windkraftanlage, welches folgende Schritte umfasst: a) Absenken wenigstens eines vorgefertigten Senkkastens (7) auf den Untergrund des Gewässers; b) wobei der wenigstens eine Senkkasten (7) einen vertikal verlaufenden Schaft (21, 35, 37) mit einem Kanal aufweist oder ein solcher Schaft nach dem Absenken oder während des Absenkens auf dem wenigstens einen Senkkasten hergestellt wird; c) Bohren eines Ankerlochs (45) durch den Kanal des Schafts (21, 35, 37) und den Senkkasten (7) in den Untergrund (9a); d) Einbau wenigstens eines Ankerzuggliedes (47) in den Untergrund (9a), den Senkkasten (7) und den Kanal des Schafts (21, 35, 37); e) Vorspannen des wenigstens einen Ankerzuggliedes (45) gegenüber einem Widerlager im oder am oberen Ende des Schafts (21, 35, 37) oder einem auf dem Schaft montierten Bauelement.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Schafts (21, 35, 37) so bemessen wird, dass dessen oberes Ende bis über die Wasseroberfläche reicht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (21, 35, 37) ein rohrförmiges Schaftinnenelement (19) umfasst, welches vorzugsweise beim Absenken des Senkkastens (7) in Form von Schüssen montiert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaftinnenelement (19) einen solchen Durchmesser aufweist, dass es als Mannrohr und/oder Versorgungsrohr dienen kann.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Senkkasten (7) nach dem Absenken über das Schaftinnenelement (19) Druckluft zugeführt wird, so dass der Senkkasten als Taucherglocke zur Bearbeitung des Untergrunds (9) für die Herstellung eines gründungsfähigen Horizonts verwendet werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Schaftinnenelement (19) ein Schaftaußenelement aufgesetzt wird, welches vorzugsweise aus vorgefertigten, ringförmigen Schüssen besteht.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Schaftaußenelements (21) so bemessen ist, dass das Schaftinnenelement (21) zwangszentrierend wirkt, oder dass an der Außenwandung des Schaftinnenelements oder der Innenwandung des Schaftaußenelements Führungs- und Zentrierhilfen vorgesehen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaftinnenelement (19) während des Absenkens in Form von Schüssen montiert und auf jeden Schuss vor dem Absenken des betreffenden Schusses ein oder mehrere vorgefertigte Schüsse des Schaftaußenelements (21) aufgesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaftaußenelement (21) oder die Schüsse des Schaftaußenelements vorgespannt werden, vorzugsweise unter Verwendung von Vorspannelementen (23), welche an der Innenwandung des Schaftaußenelements (21) vorgesehen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiraum zwischen den Innenwandungen des Schaftaußenelements (21) und der Außenwandung des Schaftinnenelements (19) mit erhärtbarem Baustoff verfüllt wird.
Verfahren Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Senkkasten (7), vorzugsweise der Senkkasten und das Schaftinnenelement (19), unter Aussparen des Kanals mit einem erhärtenden Baustoff (37), vorzugsweise Beton, gefüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaftinnenelement (19) nach dem Montieren des Schaftaußenelements (21) entfernt wird und dass der Senkkasten (7), vorzugsweise der Senkkasten und das Schaftaußenelement, unter Aussparen des Kanals mit einem erhärtenden Baustoff (37), vorzugsweise Beton, gefüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal mittels eines Rohrelements (35) hergestellt wird, welches in dem Bereich des Schafts und des Senkkastens (7) eingebracht wird, wobei der das Rohrelement (35) umgebende Ringraum mit dem erhärtenden Baustoff (37) gefüllt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Schaft (21, 35, 37) zur Herstellung des Ankers eine Arbeitsbühne (39) aufgesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Widerlager für das Vorspannen des Ankers eine Kopfplatte auf den Schaft (21, 35, 37) aufgesetzt wird oder dass das Widerlager durch den erhärtenden Baustoff (37) gebildet wird, mit welchem der Schaft unter Freilassen des Kanals verfüllt wurde.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker auf die erforderliche Gebrauchslast vorgespannt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker zu Prüf- oder Setzungszwecken auf ein Mehrfaches der erforderliche Gebrauchslast, vorzugsweise auf das 1,5-fache der Gebrauchslast, vorgespannt wird.
Plattform mit Gründungselementen zur Verankerung der Plattform in einem Gewässer, welche nach dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17 hergestellte Gründungselemente (3) vorgesehen sind.
Plattform nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform (41) mittels Formschluss auf die Gründungselemente (3) aufgesetzt wird.