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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von auf dem Meeresboden
stehenden Strukturen mit flächigem Betonfundament.
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Die Ausbeutung der Ölfelder unter dem Meer erfordert den Einsatz von
gigantischen Bohrinseln, die im Grenzfall der Wucht 30 Meter hoher Wellen standhalten
müssen.
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Solche Offshore-Bohrplattformen bestehen im wesentlichen aus zwei
Komponenten; den Aufbauten und der Stützkonstruktion samt Fundament. Zu den Aufbauten
gehören Bohrtürme, Anlagen zur Aufbereitung von Öl und Gas und Förderpumpen, außerdem
Versorgungseinrichtungen. Die Tragkonstruktion muß gewährleisten, daß weder der
Ansturm von Wind und Wellen noch Meeresströmungen oder in besonderen Fällen auch
Erdbeben die Aufbauten gefährden können. Die Stützkonstruktion muß ein sicheres
Fundament aufweisen. Es gibt verschiedene Realisierungsmöglichkeiten für Stütz-
und Fundamentkonstruktionen, um eine den gestellten Anforderungen genügende Sicherheit
zu erzielen. Gemäß einer Ausführungsform besteht das Fundament aus einer gegossenen
Betonstruktur, wobei die Stabilität der Plattform wesentlich aus der Masse hergeleitet
wird. Solche Plattformen werden daher auch als Schwerkraft-Plattformen bezeichnet.
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Offshore-Bohrinseln müssen in ca. 20 Jahren nach Inbetriebnahme stillgelegt
werden, da dann das Öl- bzw.
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Gasfeld nicht mehr rentabel genug ausgebeutet werden kann. Nach den
gesetzlichen Bestimmungen ist eine vollständige Entfernung stillgelegter Konstruktionen
notwendig, die wegen der Dimensionen und Masse solcher Strukturen erhebliche Probleme
mit sich bringt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
anzugeben, mit dem Offshore-Plattformen mit Betonfundament, kostengünstig und ohne
großen Aufwand von ihren Standorten entfernt und an Land transportiert werden können.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kohäsion
des Fundaments mit dem Meeresboden, ohne das Fundament wesentlich zu beschädigen,
sprengtechnisch gelöst wird und das Fundament mit der daraufstehenden Struktur angehoben
und durch einen in an sich bekannter Weise erzeugten Auftrieb zum Aufschwimmen gebracht
wird. Ansprüche 2 bis 13 beschreiben bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren muß die Haftung des Fußes am Meeresboden
überwunden werden. Dabei besteht die Gefahr, daß der überschüssige Auftrieb, der
zur Überwindung der Haftung erforderlich ist, nach der Lösung vom Meeresboden zum
schnellen und unkontrollierten Aufstieg der Struktur führt. Das Verfahren muß daher
die Ablösung vom Boden vor der Einleitung des eigentlichen Schwimmvorgangs gestatten.
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Die Haftung des Betonfundaments am Meeresboden setzt sich grundsätzlich
aus drei Komponenten zusammen, die je nach den örtlichen Verhältnissen in verschiedenem
Maße zur resultierenden Haftkraft beitragen können: - Die Wandreibung an der Seite
des Fundaments, wenn dieses z. B. durch Stahl- oder Betonschürzen ganz oder teilweise
eingebettet ist.
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- Die Kohäsion zwischen Beton und Meeresboden an der
Unterseite,
wenn das Bodenmaterial bindig ist oder während der Standzeit eine Zementierung stattgefunden
hat.
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- Der vertikale Wasserdruck, analog zum "Festsaugen" eines Glases
auf der nassen Unterlage unter der Einwirkung des Atmosphärendrucks.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird in mehreren Schritten durchgeführt.
Zuerst wird die Kohäsion durch eine Reihe von Kratersprengungen beseitigt, wobei
die Ladungen entweder außerhalb des Fundamentumfangs im Boden eingebettet werden
oder am bzw. unterhalb des Fundaments angeordnet werden. Die Kohäsion an der Unterseite
des Betonfundaments wird gegebenenfalls durch Anregung der Struktur zu Eigenschwingungen
bzw.
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durch Erzeugung von Grenzflächenwellen des Meeresbodens in der unmittelbaren
Umgebung des Fundaments gelockert. Durch geeignet plazierte Sprengladungen wird
die Unterseite des Fundaments an einem Teil des Umfangs freigelegt. Das Fundament
wird sodann einseitig angehoben, z. B. durch entweder einseitig wirkende Auftriebskraft,
wobei vom freigelegten Teil her das Wasser in den sich bildenden Keil eindringen
kann und Druckausgleich herstellt oder durch Plazierung eines hydraulischen Kissens
unter dem freigelegten Rand und Anheben des Randes durch Überdruck im Kissen. Die
beginnende Schrägstellung der Plattform wird unmittelbar danach durch Gegenkräfte
abgefangen, die auf zweierlei Weise erzeugt werden können: - Durch Zünden einer
Auswahl von Sprengladungen, die im Randbereich unter dem Fundament eingebracht sind
und als Hochdruck-Generatoren wirken;
- durch Zünden einer Auswahl
von Sprengladungen, die im Wasser um den oberen Bereich der Plattform ringförmig
angebracht sind über deren Gasblasendruckwellen.
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Die Erfindung wird anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 a) und b) eine mögliche Anordnung der Sprengladungen im Abstand
vom Fundament; Fig. 2 a) und b) eine Anordnung der Sprengladungen am Fundament und
Fig. 3 a) und b) eine Anordnung von Sprengladungen unterhalb des Fundaments und
zur Erzeugung von Rückstellkräften um den Schaft.
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In dem in Fig. 1 a) dargestellten Beispiel werden die Sprengladungen
1 in geringem Abstand von dem Betonfundament 2 angeordnet. Wie aus Fig. 1 b) hervorgeht,
sind die Ladungen 1 sektorförmig im Meeresboden 3 eingebettet. Sie können auch kranzförmig
um die Bodenplatte angeordnet werden. Die Tiefe der Einbettung im Meeresboden wird
so gewählt, daß ein Kraterauswurf erzeugt wird, d. h. Grenzschichtwellen optimal
angeregt werden können und damit in der oberflächennahen Schicht maximaler seitlicher
Schub wirkt. Die Sprengstoffmengen sind von der Haftung zwischen Bodenplatte 2 und
Meeresboden 3 und den physikalischen Kenngrößen des Meeresbodens, wie Bodenfestigkeit
und Schichtung, abhängig. Die Stärke der Ladung wird so bemessen, daß im Abstand
der nächsten benachbarten Ladungen noch starke Bodenverschiebungen auftreten. Die
Sprengstoffmenge pro Ladung richtet sich nach der Grobheit bzw. Feinheit des vorzugebenden
Ladungsrasters,
sie kann typischerweise im Bereich von ca.
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10 bis zu einigen 100 kg liegen.
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Durch Detonation der Ladungen in geeigneter Zeitfolge wird ein Abreißen
der Haftung zwischen der Bodenplatte 2 und Meeresboden 3 erreicht, ohne daß an der
Bodenplatte 2 Beschädigungen auftreten, die die geforderte statische Festigkeit
von Turm 4 und Fundament 2 beeinträchtigen. Die Zündung der Ladungen 1 erfolgt einzeln
oder gruppenweise derart, daß durch phasengerechte Überlagerung der Stoßwellen und
Bodenverschiebungen eine impulsartige Oberflächenwelle auf dem Meeresboden erzeugt
wird, die unter der Bodenplatte 2 auch hinwegläuft und deren maximale Intensität
auf den Bereich der Auflagenfläche der Bodenplatte 2 fokussiert wird.
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Die im Wellenmaximum auftretenden Schwer- und Normalkräfte überschreiten
die Haftkraft zwischen Beton 2 und Meeresboden 3. Damit wird der Verbund während
des Durchlaufs der Oberflächenwelle gelöst.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 a) werden Ladungen 5 an bestimmten
Stellen im Bereich der Bodenplatte 2 als Kontaktladungen angebracht. Die Anbringungsorte
sind so gewählt, daß dort nach Lösen des Haftverbunds maximale Amplituden zu erwarten
wären, oder derart, daß auf die Bodenplatte 2 eine vorgegebene Schub- und Normalkraftverteilung
wirkt. Die Ankopplung der Ladung muß durch Puffermaterial so gedämpft werden, daß
an der Koppelstelle keine erheblichen Schäden am Beton auftreten. Die Verdämmung
auf das Wasser bewirkt, daß zusätzlich durch die Schwadengasblase eine weiche Kraft
einkopplung erfolgt. Anzahl und Stärke der Ladungen
werden so bemessen,
daß bei der impulsartigen Belastung während der Sprengung der Ladungen die Bodenhaftung
überschritten wird. Von Vorteil ist eine alternierende Schub- und Druckbelastung.
Unter Zuhilfenahme strukturdynamischer Rechnungen können eine günstige Ladungsanordnung
und eine geeignete Zeitfolge der Detonation der einzelnen Ladungen vorgegeben werden,
derart, daß dies unter größtmöglicher Schonung der Bodenplatte 2 geschieht.
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Die tiefste Eigenfrequenz eines Bauwerkes ist gewöhnlich, insbesondere
bei schlanken Strukturen, die sogenannte Kippmode, bei der das Bauwerk annähernd
wie ein starrer Körper eine Kippbewegung mit dem Drehpunkt nahe der Unterkante des
Fundaments ausführt. Vereinfachend lassen sich die Parameter des Schwingungssystems
so beschreiben, daß die Masse durch die Bauwerkmasse bzw.
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dessen Trägheitsmoment und die Federung durch die elastische Reaktion
des Bodens unterhalb des Fundaments 2 repräsentiert werden. Zusätzlich wirkt das
umgebende Wasser als Federung und Dämpfung. Die Eigenfrequenz der Grundmode reagiert
sehr empfindlich auf die Änderung der Kontaktbedingungen am Fundament. Bestimmte
Eigenfrequenzen höherer Ordnung reagieren in ähnlicher Weise.
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Die Messung der Eigenfrequenzen erfolgt vorzugsweise durch Beschleunigungsaufnehmer
an der Oberkante der Struktur, da dort die Schwingungsamplitude am größten ist.
Von dem aufgenommenen Signal wird durch Fourieranalyse ein Frequenzspektrum erzeugt,
in dem die Eigenfrequenzen als Maxima der Intensität sichtbar werden.
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Als anregende Kraft kann die Umweltanregung, z. B.
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durch Wellenschlag, ausgenutzt werden, wobei die Empfindlichkeit
durch
Mittelung des Signals über eine längere Zeitdauer erhöht werden kann. Falls dies
nicht ausreicht, kann alternativ die Struktur auch künstlich angeregt werden, z.
B. durch Umwuchterreger, die selektiv im Frequenzbereich die Grundschwingung anregen
oder Sprengungen 6 im Meer seitlich der Struktur, wie dies in Fig. 3 a) und b) gezeigt
ist.