DE202013009850U1

DE202013009850U1 - Rammpfahl mit einem Schott zur Verankerung einer Gründungsstruktur eines Offshore-Bauwerks im Meeresboden

Info

Publication number: DE202013009850U1
Application number: DE201320009850
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2015-03-09
Anticipated expiration: 2023-12-07

Abstract

Rammpfahl (1) zur Verankerung einer Gründungstruktur eines Offshore-Bauwerkes im Meeresboden, aufweisend ein Hohlrohr (11), welches einen Rammabschnitt zur Verankerung im Meeresboden und einen Befestigungsabschnitt (3) zur Befestigung der Gründungsstruktur, der, wenn der Rammpfahl in den Meeresboden gerammt ist, aus dem Meeresboden herausragt, aufweist, gekennzeichnet durch ein im vorbestimmten Abstand vom oberen Ende im Inneren des Befestigungsabschnittes (3) angeordnetes, teildurchlässiges Schott (7) zum Halten eines Verbindungsmaterials im Befestigungsabschnitt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rammpfahl zur Verankerung einer Gründungsstruktur eines Offshore-Bauwerks im Meeresboden, aufweisend ein Hohlrohr, welches einen Rammabschnitt zur Verankerung im Meeresboden und einen Befestigungsabschnitt zur Befestigung der Gründungsstruktur, der im gerammten Zustand aus dem Meeresboden herausragt, aufweist.
Bei dem Bau von feststehenden Offshore-Bauwerken, wie zum Beispiel Offshore-Windenergieanlagen werden zur Verankerung im Boden, insbesondere im Meeresboden, Gründungsstrukturen eingesetzt. Um eine sichere Verbindung der Gründungsstruktur mit dem Meeresboden zu gewährleisten, werden Pfähle, auch bezeichnet als Rammpfähle in den Untergrund gerammt. Man unterscheidet Pfähle, die vor dem Errichten der Gründungsstruktur eingeschlagen beziehungsweise eingerammt werden und solche Pfähle, die nach dem Aufstellen der Gründungsstruktur auf dem Untergrund über Pfahlhülsen an der Gründungsstruktur in den Untergrund getrieben werden. Die Pfähle, auf welche eine Gründungstruktur nachträglich errichtet wird, sind vor dem Rammen der Pfähle in den Untergrund, wie Meeresboden oder dergleichen, relativ genau in vorbestimmten Abständen zueinander auszurichten. Das vorherige Ausrichten ist notwendig, um die Gründungsstruktur passgenau auf die oberen Enden der Rammpfähle aufsetzen zu können.
Dabei weist jeder Rammpfahl üblicherweise einen Rammabschnitt zur Verankerung im Meeresboden auf. Zudem umfasst jeder Rammpfahl einen Befestigungsabschnitt zur Befestigung der Gründungsstruktur. Der Befestigungsabschnitt ragt dabei, wenn der Rammpfahl im Meeresboden eingerammt ist, aus dem Meeresboden heraus. Um die Gründungsstruktur mit dem Befestigungsabschnitt des Rammpfahles zu verbinden, wird häufig ein aushärtbares Verbindungsmaterial in den Befestigungsabschnitt eingefüllt. Das während des Einleitens in der Regel flüssiges Verbindungsmaterial wird über Rohrleitungen in die Befestigungsabschnitte der Rammpfähle geleitet. Das Verbindungsmaterial, auch als Grouting-Material bezeichnet, wie zum Beispiel Beton, füllt einen Zwischenraum zwischen einen in den Befestigungsabschnitt hineinragenden Fuß und eine Innenseite des Befestigungsabschnittes des Rammpfahles aus. Nach dem Abbinden des aushärtbaren Verbindungsmaterials innerhalb des Befestigungsabschnittes ist eine feste Verbindung zwischen Rammpfahl und Gründungsstruktur erreicht.
Beim Einschlagen der üblicherweise am unteren Ende nicht verschlossenen Rammpfähle wird gleichzeitig mit dem Einschlagen in den Meeresboden auch der freie Querschnitt durch die Bodenmasse des Untergrunds verfüllt. Jedoch wird die Bodenmasse im Inneren des Hohlrohres verdichtet, sodass dort der Meeresboden nicht im selben Maße darin aufsteigen kann. Bedingt durch das oben beschriebene Verhalten des Untergrunds bleibt der Füllstand im Rammpfahl häufig einige Meter unterhalb der außerhalb um den Rammpfahl liegende Bodenlinie zurück. Damit ist der Hohlraum innerhalb des Rammpfahles deutlich größer als der eigentlich zur Befestigung der Gründungsstruktur benötigte Abschnitt im Befestigungsabschnitt des Rammpfahles. Jedoch ist der gesamte Hohlraum mit dem aushärtbaren Verbindungsmaterial zu befüllen, um das Aufsteigen des Verbindungsmaterials bis zu oberen Ende des Befestigungsabschnittes und damit eine Verbindung zwischen Rammpfahl und Gründungsstruktur zu gewährleisten. Der somit teilweise mit einem aushärtenden Verbindungsmaterial befüllte Rammabschnitt und der untere Bereich des Befestigungsabschnittes tragen häufig unwesentlich zur Befestigung der Gründungsstruktur mit dem Rammpfahl bei. Die einzufüllende Menge des in diesen Bereich benötigten Verbindungsmateriales sollte zur Verringerung der Baukosten gesenkt werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zur Grunde, einen Rammpfahl zur Verankerung einer Gründungstruktur eines Offshore-Bauwerks in Meeresboden anzugeben, mit dem die oben beschriebenen Nachteile vermieden sind, und der insbesondere mit einer geringen Menge an Verbindungsmaterial aufstellbar ist.
Die Erfindung löst die ihr zugrundeliegende Aufgabe bei einem Rammpfahl der vorbezeichneten Gattung durch ein im vorbestimmten Abstand vom oberen Ende im Inneren des Befestigungsabschnittes angeordnetes, teildurchlässiges Schott zum Halten eines Verbindungsmaterials im Befestigungsabschnitt.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mithilfe eines innerhalb des Befestigungsabschnittes angeordneten teildurchlässigen Schotts das Verbindungsmaterial bevorzugt ausschließlich in dem Bereich des Befestigungsabschnittes zurückgehalten werden kann, der vorrangig für die Verbindung zwischen der Gründungstruktur und dem Rammpfahl vorgesehen ist. Durch das Schott ist beim Rammen des Rammpfahles jedoch keine nachteilige Gegenkraft erzeugt, da ein unterhalb des Schotts entstehender Druck über das teildurchlässige Schott in den Befestigungsabschnitt durchgeleitet werden kann. Bevorzugt wird der teildurchlässige Schott in einem vorbestimmten Abstand zum oberen Ende des Befestigungsabschnittes angeordnet, bis in den ein Fuß einer Gründungstruktur hinein ragt. Dadurch muss das aushärtbare Verbindungsmaterial, wie zum Beispiel Beton, nicht mehr bis in den Rammabschnitt des Rammpfahles eingefüllt werden, damit, wie im Stand der Technik notwendig, das Verbindungsmaterial bis zum oberen Ende des Befestigungsabschnittes aufsteigen kann. Damit ist eine deutliche Einsparung des Verbindungsmaterials, auch bezeichnet als Grouting-Material, erreicht, wodurch gleichzeitig eine Verringerung der Baukosten bewirkt ist.
Bevorzugt ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass das Schott eingerichtet ist, in wenigstens einer ersten Richtung von einer Seite zur anderen Seite des Schotts, vorzugsweise vom Rammabschnitt zum Befestigungsabschnitt durchlässig zu sein. Bevorzugt weist das Schott die Funktion ähnlich einem Rückschlagventil auf, wobei das Schott vorzugsweise innerhalb des Rammpfahles in eine erste Richtung, nämlich von unten aus dem Rammabschnitt nach oben in den Befestigungsabschnitt durchlässig ist. Damit ist auf vorteilhafte Weise gewährleistet, dass beim Eintreiben des Rammpfahles in den Untergrund im Inneren des Rammpfahles aufsteigendes Wasser über das Schott bis in den Befestigungsabschnitt des Rammpfahles übertreten oder ein unterhalb des Schotts entstehender Druck durch das Schott in den Befestigungsabschnitt entweichen kann. In die entgegengesetzte Richtung, von oben nach unten, also vom Befestigungsabschnitt in Richtung des Rammabschnittes ist das Schott bevorzugt undurchlässig, sodass das in dem Befestigungsabschnitt eingefüllte Verbindungsmaterial beziehungsweise Grouting-Material vom Schott im oberen Bereich des Befestigungsabschnittes sicher gehalten wird. Das nur in einer Richtung durchlässige Schott kann bevorzugt als Rückschlagklappe ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist das Schott eingerichtet, in Abhängigkeit eines zwischen den beiden Seiten des Schottes vorherrschenden Druckunterschiedes einen Durchlass von einer Seite zur jeweils anderen Seite des Schottes zuzulassen oder zu behindern, vorzugsweise zu verhindern. Damit ist bewirkt, dass das teildurchlässige Schott erst oberhalb eines auf einer Seite des Schotts anliegenden Mindestdruckes öffnet. Solange der bestimmte Mindestdruck nicht erreicht ist, bleibt das Schott sicher verschlossen. Ein Durchtritt vom Verbindungsmaterial bzw. Grouting-Material vom Befestigungsabschnitt in Richtung des Rammabschnittes des Rammpfahles wird somit bevorzugt vermieden, welcher jedoch grundsätzlich möglich ist. Erst bei Erreichen eines übermäßig hohen Druckes auf einer Seite des Schotts öffnet sich dieses. Dadurch ist gewährleistet, dass beim Rammen des Rammpfahles unterhalb des Schotts anstehendes Wasser oder ein unterhalb des Schotts anliegender Druck abgebaut werden kann. Ein dem Rammvorgang entgegenwirkender Druck unterhalb des Schotts wird entsprechend vermieden und die Rammarbeiten nicht erschwert.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Schott mehrere einander teilweise überlappende Plattenkörpern aufweist, welche den freien Querschnitt des Hohlrohres versperren. Der Einsatz von mehreren einander überlappenden Plattenkörpern stellt eine konstruktiv einfache Möglichkeit zur Ausbildung des erfindungsgemäß ausgebildeten Schottes dar. Aufgrund der sich einander überlappenden Bereiche der Plattenkörper sind Spalte vorhanden, über die beim Einrammen des Rammpfahles Wasser aus dem Rammabschnitt des Hohlrohres übertreten oder ein Druck abgebaut werden kann. Gleichzeitig sind die Spalte derart gering, dass das in den Befestigungsabschnitt eingeleitete Verbindungsmaterial, aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften, am Durchtritt durch das Schott behindert wird. Beispielsweise sind die Plattenkörper innerhalb des freien Querschnitts derart angeordnet, dass ein Plattenkörper entlang eines sich radial zur Mittenachse des Hohlrohres erstreckenden Bereiches einseitig von einem jeweils benachbarten Plattenkörper überlappt wird.
Vorzugsweise ist jeder Plattenkörper aus einem elastischen Material ausgebildet, womit bewirkt ist, dass die Plattenkörper einander im Überlappbereich gleichmäßig abdecken und etwaige Spalte zwischen den einander überlappenden Flächen minimiert sind. Zudem haben Plattenkörper aus einem elastischen Material die Eigenschaft, sich bei einem bevorzugt auf einer Seite des Schottes anliegenden Druckes zumindest teilweise zu verformen. Durch die Verformung kann ein bevorzugt vergrößerter Spalt entstehen, wodurch der Abbau eines entstehenden Überdrucks an einer Seite des Schottes, bevorzugt an dessen Unterseite, vereinfacht ist.
Die Plattenkörper sind aus einem Material ausgebildet, das einen Metall- oder Gummiwerkstoff oder einen faserverstärkten Gummiwerkstoff oder einen Kunststoff aufweist. Mit der Verwendung eines der genannten Werkstoffe ist es auf vorteilhafte Weise möglich, einen Plattenkörper auszubilden, der elastische Eigenschaften hat. In Abhängigkeit vom verwendeten Werkstoff weisen die Plattenkörper eine entsprechende Flexibilität bzw. Steifigkeit auf. Damit kann gezielt Einfluss auf die Verformung der Plattenkörper in Abhängigkeit eines vorzugsweise von unten auf das Schott wirkenden Druckes oder hinsichtlich der von oben auf das Schott einwirkenden Kraft, hervorgerufen durch die auf das Schott einwirkende Masse des Verbindungsmaterials, genommen werden. Bevorzugt wird für die Ausbildung der Plattenkörper ein mit Metallfäden oder Textilfäden verstärktes Hartgummigewebe verwendet.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Plattenkörper eingerichtet oder in ihren Abmessungen derart aufeinander abgestimmt, dass durch eine von unten auf das Schott einwirkende Druckkraft, bei Übersteigen eines vorbestimmten Wertes, die Plattenkörper in eine offene Position bewegt werden. Mit der erfindungsgemäßen Ausführungsform ist erreicht, dass zumindest die Spalte zwischen den einander überlappenden Plattenkörper vergrößert werden. Vorzugsweise können Bereiche des Plattenkörpers auch derart wegklappen, dass im Bereich des Schottes ein freier Durchlassabschnitt entsteht, durch den beim Rammen im Rammpfahl aufsteigendes Wasser ungehindert nach oben durch das Schott hindurch treten kann.
Bevorzugt ist das Bewegen der Plattenkörper in die offene Position durch eine elastische Verformung der Plattenkörper bewirkt, wodurch anstatt des Wegklappens bestimmter Flächenbereiche der Plattenkörper die einzelnen Plattenkörper sich derart stark verformen, dass sich ausreichend große Spaltmaße ergeben, die einen Wasserdurchtritt oder Druckabbau gewährleisten. Sobald der Druck unter einen vorbestimmten Wert fällt, gehen die Plattenkörper in Richtung ihrer Ausgangslage zurück und verschließen den freien Querschnitt im Befestigungsabschnitt des Hohlrohres im Wesentlichen vollständig. Dabei sind die Plattenkörper derart ausgelegt, dass durch die auf die Plattenkörper einwirkende Masse und die daraus resultierende Gewichtskraft des oberhalb des Schottes stehenden Verbindungsmaterials die Plattenkörper nur geringfügig oder überhaupt nicht verformt werden, sodass das Verbindungsmaterial auch als Grouting-Material bezeichnet, am Durchtritt durch das Schott zuverlässig gehindert wird.
Vorzugsweise weisen die Plattenkörper eine Steifigkeit auf, die derart gewählt ist, dass beim Aufbringen einer von unten auf das Schott einwirkenden Mindestdruckkraft, die Plattenkörper in die offene Position bewegt werden. Somit öffnen die Plattenkörper während des Einrammens in den Meeresboden ab einem bestimmten Mindestdruck und mögliche dabei von unten auf das Schott auftretenden bzw. einwirkenden Druckkräften, können abgeleitet werden. Damit kann gewährleistet werden, dass beim Rammen der Rammpfähle keine übermäßig hohe Gegenkraft entsteht, die das Eintreiben der Rammpfähle in den Meeresboden ungewollt erschwert. Zudem weisen die Plattenkörper eine Steifigkeit auf, die so hoch gewählt ist, dass das aufliegende Verbindungsmaterial an den darunterliegenden Plattenkörpern im Wesentlichen keine Verformung erzeugt.
Vorzugsweise werden 4, 5, 6 oder 7 oder mehr Plattenkörper zur Ausbildung des Schottes eingesetzt. Dadurch ist bevorzugt eine vorbestimmte Mindestanzahl von Überlappungsbereichen am Schott vorhanden, über die ein Durchtritt von beispielsweise Wasser oder ein Druckabbau möglich ist. Vorzugsweise weist das Schott mindestens 3 Plattenkörper auf.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Hohlrohr eine bevorzugt zylindrische Form aufweist. Mit dem Einsatz eines Hohlrohres, welches einen zylindrischen Querschnitt aufweist, ist eine konstruktiv einfache Ausgestaltung des Rammpfahles gewährleistet. Zudem hat ein Hohlrohr vorteilhafte mechanische Eigenschaften, wie zum Beispiel eine relativ hohe Knickfestigkeit. Damit ist das Eintreiben der Hohlrohre in den Meeresboden mit beispielsweise einem Prozess des Rammens relativ einfach möglich. Zudem ist über die bevorzugt zylindrische Form des Hohlrohres eine vereinfachte Anbindung des Befestigungsabschnittes des Rammpfahles mit einer mit dem Befestigungsabschnitt in Verbindung zu bringende Gründungsstruktur möglich. Das Hohlrohr kann vorzugsweise auch einen ovalen Querschnitt aufweisen.
Vorzugsweise weist nach einer Weiterbildung der Erfindung jeder Plattenkörper etwa die Form eines Kreissegmentes auf, womit der freie Querschnitt des Hohlrohres, welches eine bevorzugt zylindrische Form hat, durch eine Mehrzahl solcher Plattenkörper einfach und sicher versperrt werden kann. Um eine Überlappung der Plattenkörper innerhalb des Befestigungsabschnittes zu gewährleisten, ist die Größe der Plattenkörper bevorzugt derart groß zu wählen, dass ihre damit erzeugbare Gesamtfläche größer als der freie Querschnitt des Hohlrohres im Befestigungsabschnitt ist.
Vorzugsweise ist jeder Plattenkörper mit einer teilkreisförmigen Randkante an der Innenseite des Befestigungsabschnittes angeordnet. Damit ist erreicht, dass jeder Plattenkörper jeweils über einen relativ großen Abschnitt entlang seiner Außenkante mit der Innenseite des Hohlrohres im Befestigungsabschnitt des Rammpfahles zumindest indirekt verbunden werden kann. Die Plattenkörper erhalten darüber eine entsprechend hohe Steifigkeit, um den auf die Plattenkörper einwirkenden Kräften entgegenwirken zu können. Erst, wenn die Kräfte einen bestimmten Mindestwert erreichen, geben die Plattenkörper nach und ermöglichen einen Durchlass. Somit kann beispielsweise einem Durchtritt des Verbindungsmaterials, wie zum Beispiel Beton vom Befestigungsabschnitt aus in den darunter liegenden Rammabschnitt des Rammpfahles behindert, vorzugsweise verhindert werden. Je größer die einzelnen Plattenkörper im Vergleich zum Querschnitt des Hohlrohres sind und damit verbunden die Länge der an der Innenseite des Hohlrohres angeordneten Randkante, desto größer ist die Steifigkeit der bevorzugt elastischen Plattenkörper.
Bevorzugt ist an der Innenseite des Hohlrohres im Befestigungsabschnitt ein Aufnahmering angeordnet, in dem die teilkreisförmige Randkante eines jeweiligen Plattenkörpers aufgenommen ist. Der Einsatz eines Aufnahmerings an der Innenseite des Hohlrohres stellt eine konstruktiv einfache Möglichkeit für eine sichere Verbindung der Plattenkörper mit dem Rammpfahl dar. Der den freien Querschnitt des Hohlrohres nur unwesentlich verringernde Aufnahmering weist eine umlaufende Vertiefung oder Nut auf, in der die Plattenkörper angeordnet sind. Der Aufnahmering weist in axialer Richtung des Hohlrohres vorzugsweise ein Höhenmaß auf, das geringer ist als die Hälfte des Innendurchmessers des Hohlrohres. Damit ist eine hohe Festigkeit des Aufnahmerings gewährleistet, womit die Plattenkörper sicher an der Innenseite des Befestigungsabschnittes aufgenommen werden können. Der Aufnahmering ist bevorzugt aus einem Metallwerkstoff, der mit der Innenseite des Befestigungsabschnittes vorzugsweise mithilfe einer Stoffverschlussverbindung, wie zum Beispiel dem Schweißen, verbunden werden kann. Die Plattenkörper werden bevorzugt über Schraubverbindungen mit dem Aufnahmering verbunden. Zu diesem Zweck sind im Bereich der teilkreisförmigen Randkante eine Vielzahl von Ausnehmungen vorgesehen, durch die Befestigungselemente, wie zum Beispiel Schrauben oder Bolzen, hindurch geführt werden können.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass jeder Plattenkörper einen sich über den Mittenbereich des Hohlrohres erstreckenden Überlappabschnitt aufweist. Mithilfe der bevorzugt zungenartig ausgebildeten Überlappabschnitte, die sich insbesondere im Bereich der Mittenachse des Hohlrohres einander überlappen, werden Spalte zwischen den Plattenkörpern erzeugt. Über die Spalte kann ein entstehender Druck aus dem Rammabschnitt in den Befestigungsabschnitt des Rammpfahles abgebaut werden. Gleichzeitig stützen sich die übereinanderliegenden Überlappabschnitte der Plattenkörper gegeneinander ab, wodurch ein zusätzlicher Widerstand durch die wirkende Reibung zwischen den übereinander angeordneten Überlappbereichen erzeugt wird. Die von oben auf das Schott bevorzugt statisch wirkende Last des eingefüllten Verbindungsmaterials, welche im Vergleich zu den dynamisch von unten auf das Schott einwirkenden Druckkräften deutlich geringer ist, kann somit durch das teildurchlässige Schott aufgenommen und das Verbindungsmaterial wesentlich an einem Durchtritt durch das Schott gehindert werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass jeder Plattenkörper zwei im Wesentlichen geradlinige Seitenkanten aufweist, welche in einem vorbestimmten Winkel zueinander verlaufen. Der von den Seitenkanten der Plattenkörper jeweils eingeschlossene Winkel ist dabei abhängig von der Anzahl der eingesetzten Plattenkörper. Bei Verwendung von vier Plattenkörpern verlaufen die Seitenkanten eines jeweiligen Plattenkörpers bevorzugt in einem Winkel von etwa 90° zueinander. Bei dem Einsatz von 5 oder 6 Plattenkörpern verkleinert sich der Winkel, der zwischen den Seitenkanten eingeschlossen ist auf etwa 72 Winkelgrad bei 5 Plattenkörpern und ungefähr 60 Winkelgrad bei 6 Plattenkörpern.
Es ist vorgesehen, dass die Seitenkanten jedes Plattenkörpers bevorzugt einen Winkel einschließen, dessen Winkelmaß einem ganzzahligen Teil eines Vollkreises von 360° entspricht. Damit ist bewirkt, dass die Plattenkörper sich nicht im Bereich ihrer Randkante überlappen, wodurch die Montage im Aufnahmering für die Plattenkörper vereinfacht ist. Der Aufnahmering weist eine Breite auf, die bevorzugt ungefähr der Materialstärke der Plattenkörper entspricht, so dass die Plattenkörper im Bereich Ihrer Randkanten in einer Ebene aufgenommen sind. Zudem stoßen die Seitenkanten einander benachbarter Plattenkörper vorzugsweise über zumindest einen Teilbereich ihrer Streckung in einer Ebene aneinander.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Plattenkörper innerhalb des freien Querschnitts des Hohlrohrs derart angeordnet sind, dass deren Seitenkanten jeweils im Wesentlichen aneinandergrenzen und die Überlappabschnitte wenigstens im Bereich der Mittenachse des Hohlrohres einander überlappen. Damit liegen bevorzugt aneinander angrenzende Plattenkörper dicht einander an, so dass die Plattenkörper in ihrer Ausgangsstellung eine bevorzugt im Wesentlichen undurchlässige Anordnung des erfindungsgemäß ausgebildeten teildurchlässigen Schottes ausbilden. Erst wenn ein entsprechender Druck auf das teildurchlässige Schott und damit die erfindungsgemäß angeordneten Plattenkörper einwirkt, wird das Schott in Wenigstens einer Richtung von einer Seite zur anderen Seite durchlässig.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der mittels der Überlappabschnitte entstehende Überlappbereich eine Größe von etwa 5 bis 20% des freien Querschnitts des Hohlrohres aufweist. Die Größe des erzeugten Überlappbereichs ist dabei vorzugsweise abhängig vom Innendurchmesser des zur Ausbildung des Rammpfahles verwendeten Hohlrohres. Je größer der Durchmesser ist, desto größer kann der Überlappbereich gewählt werden, um eine ausreichende Steifigkeit der zum Einsatz kommenden Plattenkörper zu gewährleisten. Anstelle einer Änderung der Größe des Überlappbereichs können alternativ die Plattenkörper in ihren Abmessungen, insbesondere ihrer Materialstärke, angepasst oder das eingesetzte Material verändert werden, um deren Steifigkeit an die sich ändernden Anforderungen anzupassen. In Abhängigkeit von den auf das erfindungsgemäße teildurchlässige Schott einwirkenden physikalischen Größen, kann der sich im Bereich der Mittenachse des Hohlrohres ausbildende Überlappbereich vorzugsweise eine Größe bis zu 30% oder auch bis zu 50% oder 70% der Gesamtgröße des freien Querschnitts des Hohlrohres aufweisen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Gründungsstruktur für ein Offshore-Bauwerk insbesondere für eine Offshore-Windenergieanlage, mit mehreren zur Verankerung im Boden vorgesehenen Rammpfählen nach einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen. Mit Hilfe einer solchen erfindungsgemäß ausgebildeten Gründungsstruktur, können die Baukosten auf vorteilhafte Weise verringert werden, da die Menge an dem benötigten Verbindungsmaterial, auch bezeichnet als Grouting-Material, deutlich verringert werden kann. Durch das teildurchlässige Schott wird nur noch der Teil des Befestigungsabschnittes des Rammpfahles mit dem Verbindungsmaterial befüllt, der auch wirklich zur Verbindung der Gründungsstruktur, insbesondere eines Fußes der Gründungsstruktur mit dem Befestigungsabschnitt benötigt wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Plattenkörper zur Verwendung in einem Rammpfahl für eine Gründungsstruktur eines Offshore-Bauwerks, mit einem kreissegmentartigen Grundkörper und einem daran angeordneten Überlappabschnitt, wobei jeder Plattenkörper aus einem elastischen Werkstoff ausgebildet ist. Mit einer Vielzahl an solchen erfindungsgemäßen Plattenkörper lässt sich innerhalb eines Befestigungsabschnittes eines Rammpfahles ein bevorzugt teildurchlässiges Schott ausbilden. Das Schott ist bevorzugt in wenigstens einer Richtung von einer Seite zur anderen Seite des Schottes durchlässig ist. Dabei wird in Abhängigkeit eines zwischen beiden Seiten des Schottes anstehenden Druckunterschieds ein Durchlass von einer Seite zur jeweils anderen Seite des Schottes zugelassen oder behindert. Vorzugsweise ist das Schott in beide Richtungen durchlässig, wenn jeweils ein ausreichend hoher Druck ansteht. Bezüglich bevorzugter Ausgestaltungen des beanspruchten Plattenkörpers wird auf die obigen Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Rammpfahl hingewiesen, in denen detailliert zu weiterführenden konstruktiven Merkmalen eines jeweiligen Plattenkörpers ausgeführt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines möglichen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
1: eine Teilansicht eines Rammpfahls im Bereich seines Befestigungsabschnittes mit einem erfindungsgemäßen Schott im Schnitt, und
2: eine perspektivische Ansicht eines Teilsegments des Befestigungsabschnittes mit einem auf der Innenseite des Befestigungsabschnittes angeordneten Plattenkörpers.
1 zeigt eine Teilansicht eines Rammpfahls 1 zur Verankerung einer Gründungsstruktur von insbesondere einer Offshore-Windenergieanlage im Meeresboden, insbesondere eines Befestigungsabschnittes 3. Über den Befestigungsabschnitt erfolgt die feste Verbindung zwischen einer nicht näher dargestellten Gründungsstruktur und dem oberen Abschnitt des Rammpfahls 1. In einem Abstand vom oberen Ende des Befestigungsabschnittes 3 ist im Hohlraum 5 des Rammpfahles ein teildurchlässiges Schott 7 angeordnet, mit dem ein Verbindungsmaterial, wie beispielsweise Beton, im Befestigungsabschnitt 3 oberhalb des Schottes 7 gehalten wird. Das Schott 7 ist eingerichtet in Abhängigkeit eines zwischen beiden Seiten des Schottes vorherrschenden Druckunterschiedes einen Durchlass von einer Seite zur jeweils anderen Seite des Schottes zuzulassen oder zu behindern, vorzugsweise zu verhindern. Das Schott 7 weist mehrere einander teilweise überlappende Plattenkörper 9, 9', 9'' auf, welche den freien Querschnitt eines zur Ausbildung des Rammpfahles verwendeten Hohlrohres 11 versperren. Die Plattenkörper 9, 9', 9'' sind aus einem elastischen Material ausgebildet. Die Plattenkörper sind eingerichtet oder in ihren Abmessungen derart aufeinander abgestimmt oder die Plattenkörper weisen eine Steifigkeit auf, die derart gewählt ist, dass bei Aufbringen einer von unten auf das Schott einwirkenden Mindestdruckkraft die Plattenkörper in eine zumindest teilweise offene Position bewegt werden. Vorzugsweise wir die Bewegung der Plattenkörper in die offene Position durch eine elastische Verformung der Plattenkörper hervorgerufen. Durch die Verformung der Plattenkörper 9, 9', 9'' wird der Querschnitt des Hohlrohres 11 im Befestigungsabschnitt 3 zumindest teilweise freigeben. Bevorzugt werden mindestens 3, 4, 5, 6 oder mehrere Plattenkörper zur Ausbildung des Schotts eingesetzt.
Wie der 2 zu entnehmen, weist das Hohlrohr 11 bevorzugt eine zylindrische Form auf, wodurch jeder Plattenkörper, wobei hier zur Vereinfachung nur der Plattenkörper 9 dargestellt ist, mit einer teilkreisförmigen Randkante einfach an der Innenseite des Befestigungsabschnittes angeordnet werden kann. Zudem weist der Plattenkörper 9 etwa die Form eines Kreissegmentes auf. Darüber hinaus weist jeder Plattenkörper einen sich über den Mittenbereich des Hohlrohres 11 erstreckenden Überlappabschnitt 13 auf. An der Innenseite 12 des Hohlrohres 11 ist ein Aufnahmering 15 angeordnet, in dem die bevorzugte teilkreisförmige Randkante 16 des Plattenkörpers 9 in einer umlaufenden Nut 17 aufgenommen ist. Die Plattenkörper werden über den Aufnahmering 15 sicher innerhalb des Befestigungsabschnittes 3 in Position gehalten. Jeder Plattenkörper 9, 9', 9'' weist zwei im Wesentlichen geradlinige Seitenkanten 19, 19' auf, die einen Winkel α einschließen, dessen Winkelmaß einem ganzzahligen Teil eines Vollkreises von 360° entspricht. Zum Bereich der Mittenachse des Plattenkörpers 9 verlaufen die Seitenkanten 19, 19' weniger stark aufeinander zu und im Wesentlichen parallel, sodass der Plattenkörper 9 an dem der Randkante 16 abgewandten Ende einen erweiterten, zungenartigen Bereich aufweist, der sich über die Mittenachse des idealisierten Kreissegments erstreckt und so den Überlappabschnitt 13 bildet.
Die Plattenkörper 9, 9', 9'' sind innerhalb des Querschnitts des Hohlrohres 11 derart angeordnet, dass deren Seitenkanten 19, 19' jeweils über einen Bereich ihrer Erstreckung in einer Ebene aneinander grenzen und die Überlappabschnitte 13 im Bereich der Mittenachse des Hohlrohres 11 übereinander zu liegen kommen. Der mittels der Überlappabschnitte 13 der Plattenkörper 9, 9', 9'' erzeugte Überlappbereich 23 (1) kann eine Größe zwischen 5 bis 20% oder mehr des freien Querschnitts des Hohlrohres aufweisen. Der Aufnahmering 15 ist mit der Innenseite des Hohlrohres 11 verschweißt und die Plattenkörper 9, 9', 9'' sind über Bolzenverbindungen 21, 21' innerhalb der Nut 17 am Aufnahmering 15 befestigt.

Claims

Rammpfahl (1) zur Verankerung einer Gründungstruktur eines Offshore-Bauwerkes im Meeresboden, aufweisend ein Hohlrohr (11), welches einen Rammabschnitt zur Verankerung im Meeresboden und einen Befestigungsabschnitt (3) zur Befestigung der Gründungsstruktur, der, wenn der Rammpfahl in den Meeresboden gerammt ist, aus dem Meeresboden herausragt, aufweist, gekennzeichnet durch ein im vorbestimmten Abstand vom oberen Ende im Inneren des Befestigungsabschnittes (3) angeordnetes, teildurchlässiges Schott (7) zum Halten eines Verbindungsmaterials im Befestigungsabschnitt.
Rammpfahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schott (7) eingerichtet ist, in wenigstens einer ersten Richtung von einer Seite zur anderen Seite des Schottes, vorzugsweise vom Rammabschnitt zum Befestigungsabschnitt (3), durchlässig zu sein.
Rammpfahl nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schott (7) eingerichtet ist, in Abhängigkeit eines zwischen beiden Seiten des Schottes vorherrschenden Druckunterschiedes einen Durchlass von einer Seite zur jeweils anderen Seite des Schottes zuzulassen oder zu behindern, vorzugsweise zu verhindern.
Rammpfahl nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schott (7) mehrere einander teilweise überlappende Plattenkörper (9, 9', 9'') aufweist, welche den freien Querschnitt des Hohlrohres (11) versperren.
Rammpfahl nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Plattenkörper (9, 9', 9'') aus einem elastischen Material ausgebildet ist.
Rammpfahl nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Plattenkörper (9, 9', 9'') aus einem Metall- oder Gummiwerkstoff oder einem faserverstärkten Gummiwerkstoff oder einem Kunststoff ausgebildet ist.
Rammpfahl nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattenkörper (9, 9', 9'') eingerichtet oder in ihren Abmessung derart aufeinander abgestimmt sind, dass durch eine von unten auf das Schott (7) einwirkende Druckraft, bei Übersteigen eines vorbestimmten Wertes, die Plattenkörper (9, 9', 9'') in eine offene Position bewegt werden.
Rammpfahl nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegen der Plattenkörper (9, 9', 9'') in die offene Position durch eine elastische Verformung der Plattenkörper bewirkt ist.
Rammpfahl nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattenkörper (9, 9', 9'') eine Steifigkeit aufweisen, die derart gewählt ist, dass bei Aufbringen einer von unten auf das Schott (7) einwirkenden Mindestdruckkraft, die Plattenkörper (9, 9', 9'') in die offene Position bewegt werden.
Rammpfahl nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise vier, fünf, sechs, sieben oder mehr Plattenkörper (9, 9', 9'') zur Ausbildung des Schottes (7) eingesetzt werden.
Rammpfahl nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrohr (11) bevorzugt eine zylindrische Form aufweist.
Rammpfahl nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Plattenkörper (9, 9', 9'') etwa die Form eines Kreissegmentes aufweist.
Rammpfahl nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Plattenkörper (9, 9', 9'') mit einer teilkreisförmigen Randkante (16) an der Innenseite des Befestigungsabschnittes (3) angeordnet ist.
Rammpfahl nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenseite (12) des Hohlrohres (11) im Befestigungsabschnitt (3) ein Aufnahmering (15) angeordnet ist, in dem die teilkreisförmige Randkante eines jeweiligen Plattenkörpers (9, 9', 9'') aufgenommen ist.
Rammpfahl nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Plattenkörper (9, 9', 9'') einen sich über den Mittenbereich des Hohlrohres (11) erstreckenden Überlappabschnitt (13) aufweist.
Rammpfahl nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Plattenkörper (9, 9', 9'') zwei im wesentlichen geradlinige Seitenkanten (19, 19') aufweist, welche in einem vorbestimmten Winkel zueinander verlaufen.
Rammpfahl nach Anspruch 16 dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenkanten (19, 19') jedes Plattenkörpers (9, 9', 9'') einen Winkel einschließen, dessen Winkelmaß einem ganzzahligen Teil eines Vollkreises entspricht.
Rammpfahl nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Plattenkörper (9, 9', 9'') innerhalb des freien Querschnitts des Hohlrohres (11) derart angeordnet sind, dass deren Seitenkanten (19, 19') jeweils im wesentlichen aneinandergrenzen und die Überlappabschnitte (13) wenigstens im Bereich der Mittenachse des Hohlrohres (11) einander überlappen.
Rammpfahl nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der mittels der Überlappabschnitte (13) entstehende Überlappbereich eine Größe von etwa 5 bis 20% des freien Querschnitts des Hohlrohres (11) aufweist.
Gründungstruktur für ein Offshore-Bauwerk, insbesondere für eine Offshore-Windenergieanlage, mit mehreren zur Verankerung im Boden vorgesehenen Rammpfählen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19.
Plattenkörper (9, 9', 9'') zur Verwendung in einem Rammpfahl (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 19, für eine Gründungstruktur eines Offshore-Bauwerkes, mit einem kreissegmentartigen Grundkörper und einem daran angeordneten Überlappabschnitt, wobei der Plattenkörper aus einem elastischen Werkstoff ausgebildet ist.