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Die Erfindung betrifft einen Gründungspfahl zum Herstellen einer Gründung für ein Bauwerk im Wasser, bevorzugt Offshore.
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Bei der Herstellung von Gründungen für Bauwerke im Wasser werden unter anderem Gründungspfähle in den Boden eingebracht. Bei Gründungspfählen mit großen Durchmessern wird die Öffnung, in die der Pfahl abgesenkt wird, insbesondere durch den Einsatz von Bohrtechnik erstellt (
DE 10 2009 023 466 A1 ). Hierbei ist es notwendig, dass die Bohrung einen größeren Durchmesser als der Gründungspfahl aufweist. Diese Differenz wird als Überschnitt bezeichnet. Dieses erfolgt, um den Absinkwiderstand beim Einbringen des Gründungspfahls in die Öffnung zu reduzieren. Der Überschnitt ist während des Bohrers mit einer Suspension zur Stützung der die Bohrung umgebenden Bohrlochwand mit einer Suspension beispielsweise aus Bentonit gefüllt. Nach der Beendigung des Bohrvorgangs und des Einbringens des Gründungspfahls in die Bohrung ist es notwendig, den Pfahl gegenüber dem Boden zu verpressen. Hierbei wird beispielsweise Zement in den Überschnitt eingebracht, der den Pfahl gegenüber dem Boden nach dem Aushärten stabilisiert. Die im Überschnitt befindliche Suspension wird durch das Hineinpressen des Zements herausgedrückt. Hierbei ist zu verhindern, dass Suspension aus dem Überschnitt in das Gewässer austritt, um Trübungen oder Verunreinigungen der Gewässer zu vermeiden.
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Weiterhin ist es bei der Auslegung von Gründungspfählen notwendig, die auf den Gründungspfahl wirkende Belastung aus dem Eigengewicht des oberhalb des Gründungspfahls angeordneten Bauwerks zu berücksichtigen. Gleichzeitig wirken horizontale Lasten sowohl auf den Pfahl als auch auf das Bauwerk, die sich aus Wind und Wasserströmungen sowie Wellen ergeben. Hieraus ergibt sich eine auf den Gründungspfahl wirkende Momentenbelastung. Diese Momentenbelastung findet Berücksichtigung in der Auslegung der Wandstärke des Pfahls. Die größte Wanddicke wird dabei an der Stelle des größten Biegemomentenbelastung vorgesehen. Im Stand der Technik wird dieses dergestalt berücksichtigt, dass Pfähle hergestellt werden, die einen konstanten Außendurchmesser und variable Innendurchmesser aufweisen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gründungspfahl bereitzustellen, mit dem es möglich wird, zu vermeiden, dass die im Überschnitt befindliche Suspension nicht in das Gewässer austritt. Gleichzeitig soll der Gründungspfahl auf den Einsatz von Bohrtechnik innerhalb des Pfahls optimiert werden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Gründungspfahl bereitgestellt wird mit einem im Boden befindlichen Abschnitt, bei dem der Außendurchmesser zum Gewässergrund hin zunimmt, und der Außendurchmesser in Abhängigkeit des auf den Pfahl wirkenden Biegemomentenverlaufs ausgelegt ist.
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Vorteilhaft dabei ist, dass zusätzliche Abdichtungsmaßnahmen, beispielsweise wie das Vornehmen von Auflagedichtungen auf dem Gewässergrund, vermieden werden.
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Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Innendurchmesser konstant oder zum Gewässergrund hin konisch zulaufend ist. Dieses ist in Bezug auf die Bohrtechnik, die in den Gründungspfahl abgesenkt wird, vorteilhaft, da die vorherrschenden Vorsprünge des Innendurchmessers in Abhängigkeit der Wandstärke, die aus dem Biegemomentenverlauf resultiert vermieden werden, was einen einfacheren Einsatz der Bohrtechnik bewirkt.
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Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Außendurchmesser > 3 m ist. Durch das Vorsehen derartiger Durchmesser, die besonders bevorzugt im Bereich 4 m bis 8 m liegen, kann eine einzelne Gründung beispielsweise für einen Turm einer Windkraftanlage durch einen Pfahl bereitgestellt werden. Der Durchmesser kann dabei so angepasst werden, dass die Rohrschüsse des Turms der Windkraftanlage direkt auf die Rohrschüsse des Gründungspfahls aufgesetzt werden können.
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Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Pfahl aus Rohrschüssen besteht, bevorzugt aus Beton oder Stahl.
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Weiterhin ist vorteilhaft, dass der maximale Außendurchmesser in Abhängigkeit des Biegemomentenverlaufs des Gründungspfahls bereits 3 m bis 8 m, bevorzugt 5 m, unterhalb des Gewässerbodens erreicht wird. Dadurch wird beim Absenken des Pfahls nach und nach der Ringspalt am Meeresboden durch die Aufweitung des Außendurchmessers geschlossen und der angrenzende Boden bereits dabei verdichtet. Dadurch erhält der Pfahl eine sofortige Stabilisierung und die vertikale Ausrichtung bleibt auch bei dem bereits bestehenden horizontalen Lastangriff durch Strömungen erhalten. Gleichzeitig wird der Überschnitt auf diese Weise abgedichtet, sodass beim Verpressen und Aushärten mit Zement aus dem Überschnitt nichts in das offene Gewässer entweichen kann.
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Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass ein Rohrschuss im Bereich des Gewässerbodens angeordnet ist, der einem beim Bohren der Öffnung/Bohrung, in die der Pfahl abgesenkt wird, entstandenen Überschnitt verschließt, wobei der Rohrschuss bevorzugt einen konisch zunehmenden Außendurchmesser aufweist.
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Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch einen Turm mit einer Gründung aus einem zuvor beschriebenen Gründungspfahl gelöst, wobei der Turm aus Rohrschüssen hergestellt ist, die einen Außendurchmesser aufweisen in Abhängigkeit des auf den jeweiligen Rohrschuss wirkenden Biegemomentenverlaufs.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Gründung durch ein nachfolgend beschriebenes Verfahren hergestellt wird, nämlich durch ein Verfahren zur Herstellung einer Gründung für ein Bauwerk im Wasser, insbesondere Offshore, bei dem ein Pfahl in den Boden in eine Öffnung abgesenkt wird, wobei die Öffnung im Boden mit Hilfe von Bohrtechnik hergestellt wird, beim Bohren ein Überschnitt erzeugt wird, sodass die Öffnung größer als der Pfahl ist und der Überschnitt mit einer Suspension gefüllt wird, wobei der Pfahl mit einem zunehmenden Außendurchmesser in die Öffnung eingebracht wird und der Außendurchmesser zum Gewässergrund hin zunimmt. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass der Überschnitt im oberen Bereich abgedichtet wird, sodass beim Verpressen und mit Zement und beim Aushärten des Zements keine Suspension im Überschnitt in das offene Gewässer entweichen kann.
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Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Außendurchmesser zunimmt, bis der Durchmesser des Überschnitts erreicht wird.
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Weiterhin ist vorteilhaft, dass das Bohren im Vollschnitt oder Teilschnitt erfolgt, wobei dieses bevorzugt mannlos durchgeführt wird. Durch das Bohren als solches wird es möglich, auf einfache Weise derartig große Gründungspfähle direkt einzubringen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiel in Verbindung mit einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen
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1 einen schematisch dargestellten auf einen Gründungspfahl wirkenden Biegemomentenverlauf,
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2 einen Gründungspfahl gemäß Stand der Technik,
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3 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gründungspfahls, und
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4 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gründungspfahls.
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1 zeigt einen schematischen Gründungspfahl 10, der in einem Gewässerboden 11 eingebracht wird. Der Gründungspfahl 10 besteht aus einem im Boden befindlichen Abschnitt 12, einem im Gewässer 13 befindlichen Abschnitt 14, und einem in der Luft befindlichen Abschnitt 15. Parallel dazu wird ein Biegemomentenverlauf 16 dargestellt, der aus den Belastungen aus der Strömung 17 und dem Wind 18 auf dem Pfahl 10 resultiert.
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2 zeigt einen Gründungspfahl 10 gemäß Stand der Technik. Dieser weist einen konstanten Außendurchmesser 19 und einen variablen Innendurchmesser 20 auf. Die Bohrung 21 weist einen Überschnitt 22 auf, der zwischen Außenwand 23 des Gründungspfahls 10 und Bohrlochwand 24 angeordnet ist. Im Bereich des Austrittsbereichs 25 im Bereich des Gewässergrunds 26 ist, wie in 2 dargestellt, der Überschnitt 22 offen gegenüber dem Gewässer 13. Der Gründungspfahl 10 ist aus Rohrschüssen 27 aufgebaut. Der Außendurchmesser 19 der Rohrschüsse 27 ist dabei konstant. Die Wandstärke 28 ist dem Biegemomentenverlauf 16 angepasst. Daraus resultiert ein sich ändernder Innendurchmesser 20.
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3 zeigt eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform eines Gründungspfahls 10. Der Gründungspfahl 10 ist ebenfalls aus Rohrschüssen 27 aufgebaut, die einen konstanten Innendurchmesser 20 aufweisen. Die Wandstärke 28 ist ebenfalls dem Biegemomentenverlauf 16 angepasst, allerdings dergestalt, dass der Außendurchmesser 19 unterschiedlich ausgeführt wird. Die Änderungen des Außendurchmessers 19 können dabei in Stufen oder kontinuierlich erfolgen. Der Gründungspfahl wird in die Bohrung 21 eingebracht. Zwischen Außenwand 23 und Bohrlochwand 24 befindet sich ebenfalls ein Überschnitt 22, der mit Suspension gefüllt ist. Im Übergangsbereich 29 ist der Außendurchmesser 19 des Rohrschusses 27 so ausgelegt, dass der Außendurchmesser 19 größer als der Überschnitt 22 ist. Beim Absenken des Pfahls 10 an dieser Stelle wird der Überschnitt 22 abgedichtet und die Suspension in den Innenraum 30 des Gründungspfahls 10 hinein verdrängt. Gleichzeitig wird der Gewässerboden 11 in diesen Bereich komprimiert und der Gründungspfahls 10 vertikal stabilisiert.
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4 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform eines Gründungspfahls 10. Dieser unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass im Übergangsbereich 29 der Überschnitt 22 breiter ist, beispielsweise durch die Bodenbeschaffenheit des Gewässerbodens 11, sodass der Überschnitt 22 dort größer ist als der nach Biegemomentenverlauf zu erwartende Außendurchmesser 19 des dort befindlichen Rohrschusses 27. Aus diesem Grund wird der Außendurchmesser des Rohrschusses in diesem Bereich zusätzlich vergrößert, sodass ein übertretender Dichtabschnitt 31 vorhanden ist. Dieser Dichtabschnitt 31 bewirkt dabei den Verschluss des Überschnitts 22 im Übergangsbereich.
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Der Dichtabschnitt 31 kann dabei entweder durch eine Vergrößerung der Wandstärke 28 dieses Rohrschusses 27 bewirkt werden oder durch Vorsehen eines zusätzlichen Dichtungsbauteils, dass auf die Außenwand 23 des Rohrschusses 27 aufgesetzt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gründungspfahl
- 11
- Gewässerboden
- 12
- Abschnitt im Boden
- 13
- Gewässer
- 14
- Abschnitt im Gewässer
- 15
- Abschnitt in der Luft
- 16
- Biegemomentenverlauf
- 17
- Strömung
- 18
- Wind
- 19
- Außendurchmesser
- 20
- Innendurchmesser
- 21
- Bohrung/Öffung
- 22
- Überschnitt
- 23
- Außenwand
- 24
- Bohrlochwand
- 25
- Austrittsbereich
- 26
- Gewässergrund
- 27
- Rohrschuss
- 28
- Wandstärke
- 29
- Übergangsbereich
- 30
- Innenraum
- 31
- Dichtabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009023466 A1 [0002]
