EP2258903A1 - Verfahren und Anlage zum Herstellen von Rüttelstopfsäulen auf dem Grund von Gewässern - Google Patents

Verfahren und Anlage zum Herstellen von Rüttelstopfsäulen auf dem Grund von Gewässern Download PDF

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EP2258903A1
EP2258903A1 EP09007298A EP09007298A EP2258903A1 EP 2258903 A1 EP2258903 A1 EP 2258903A1 EP 09007298 A EP09007298 A EP 09007298A EP 09007298 A EP09007298 A EP 09007298A EP 2258903 A1 EP2258903 A1 EP 2258903A1
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sand
water
fine grain
waters
separated
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EP09007298A
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Jimmy Dr.-ing. Wehr
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Keller Holding GmbH
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Keller Holding GmbH
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Publication date
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/02—Improving by compacting
    • E02D3/10—Improving by compacting by watering, draining, de-aerating or blasting, e.g. by installing sand or wick drains
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D15/00—Handling building or like materials for hydraulic engineering or foundations
    • E02D15/10—Placing gravel or light material under water inasmuch as not provided for elsewhere
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/02—Improving by compacting
    • E02D3/08—Improving by compacting by inserting stones or lost bodies, e.g. compaction piles
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/02—Improving by compacting
    • E02D3/10—Improving by compacting by watering, draining, de-aerating or blasting, e.g. by installing sand or wick drains
    • E02D3/106—Improving by compacting by watering, draining, de-aerating or blasting, e.g. by installing sand or wick drains by forming sand drains containing only loose aggregates

Definitions

  • the invention relates to a method for producing Rüttelstopfklalen at the bottom of waters, especially in offshore areas, and a system for carrying out this method.
  • a method and apparatus for producing columns of material in the soil of waters in which in the soil to be introduced material such as concrete or gravel is introduced by means of a deep vibrator in the ground, the deep vibrator is attached to a Erdbau réelle on a pontoon floating on the water surface.
  • the material must be introduced into a standing on the pontoon material reservoir, ie be brought to the pontoon with watercraft, which leads to a considerable cost and lead to other in stronger winds or heavy waves to obstructions or interruptions in the application of the method can.
  • the present invention has the object to provide a method of the last-mentioned type, which is less expensive than known methods and offers increased application security regardless of the weather.
  • the solution consists of a method for producing shaking pit columns at the bottom of waters, in particular in offshore areas, using sand from the bottom of the water body, separating the sand from its fine grain portion, and treating the treated sand in agitator columns at the bottom of the water body is installed.
  • the proportion of fine particles is understood as meaning particle sizes smaller than or equal to 0.06 mm.
  • the sand is spent over the surface of the water for treatment.
  • suction device is also possible in weather conditions that would no longer allow the application of a watercraft to an offshore floating pontoon.
  • the separation according to the invention of the fine grain fraction from the sand to be built up ensures the necessary compactability for the production of the sand columns.
  • the cost share for this is negligible.
  • any organic contaminants which may be present are separated from the sand to be built up at the same time as the fine grain fraction, and this can be done in a uniform process.
  • preference is given to using washing processes on vibrators or the like, if appropriate also sieving processes.
  • the separated from the sand to be installed shares can be returned in the vicinity of the sampling point, taking into account the flow conditions back into the water.
  • the separated shares can also be landfilled.
  • the sand to be built is provided in suitable quality, its onward transport to the place of manufacture of the columns may be made, preferably by hydraulic means, i. in a slurry with water, but possibly also by pneumatic means.
  • a plant according to the invention for producing agitator columns at the bottom of waters for carrying out the aforesaid process comprises a sand lifting device for lifting sand from the bottom of the water body, a sand treatment device for separating the sand at least from its fine grain fraction, to a sand transmitter for transporting the sand to the site the shoring and a sluice vibrator for producing the Studttelstopfklalen.
  • the lock vibrator is mounted on a drill pipe, at the upper end of the feed gate is arranged.
  • the lock vibrator with its suspension can be arranged on a separate vessel (pontoon) with greater mobility, while the remaining parts of the interlinked system namely suction dredger, sand treatment plant and sand transmitter on a second larger watercraft (pontoon), which is firmly anchored, be arranged could. But it is also a / the arrangement on a single vessel (pontoon) possible.
  • the lock vibrator may be suspended from a crane or guided on a fixed frame.
  • FIG. 1 a chained overall system 11 according to the invention is shown, the interlinked plant parts are arranged on two watercraft 12, 13, both of which are floating on the water surface 14.
  • the bottom of the water is designated 15.
  • the suction pipe 17 extends to the bottom 15 of the water and sucks from this sand in the existing state.
  • Said suction tube 17 may be flexible or telescopic in order to compensate for the depth of the base 15 which changes as a result of the suction.
  • the sand mixed with water is conveyed hydraulically via a line 18 to a sand separating device 19, in which certain parts are separated from the sand, namely the fine grain fraction and optionally organic impurities. These are returned via a flushing pipe 20 at a distance from the sand removal point back into the water.
  • a bottom well 21 can be seen, at the return point of the separation shares a landfill 22.
  • the treated sand is transported hydraulically via a line 23 to a sand transmitter 24, which is essentially a pump assembly for the sand-water mixture. From this Sandsender 24 is supplied via a flexible line 25 which leads from the first floating vehicle 12 to the second floating vehicle 13, a lock vibrator 26, namely its lock chamber.
  • the lock vibrator 26 is lowered on a crane 27 attached, which stands on the second vessel 13.
  • the type of guidance of the lock vibrator 26 shown hereby is advantageous in the case of stronger proper movements of the watercraft.
  • Schleusenrüttler 26 Of the Water content of the hydraulically conveyed sand is separated in Schleusenrüttler 26 still in the region of the overhead lock chamber. Below the Schleusenrüttlers 26 an already partially completed Trottelstopfklale 28 can be seen, which arises when pulling up the Schleusenrüttlers 26 with the escape of sand after previously shaking the Schleusenrüttlers 26 without discharging sand.
  • the pulling of the Schleusenrüttlers 26 is carried out according to the vocational-step method, wherein after a larger step of pulling each a smaller step of re-shaking takes place for compacting the discharged sand.
  • FIG. 2 the lock vibrator is shown as an enlarged detail.
  • the supply line 25 at the upper end and a water outlet 29 can be seen, both of which are connected to an overhead feed chamber 30.
  • On the dispensing chamber 30 has a first closure 31 at the upper end and a second closure 32 at the lower end.
  • a pressure chamber 33 with a subsequent pressure tube 34 at the feed chamber 30 or lock chamber is followed by a pressure chamber 33 with a subsequent pressure tube 34 at.
  • the closure 31 open and the closure 32 closed dehydrated sand can be introduced into the lock chamber 30 without pressure in the feed chamber 30.
  • the shutter 31 is closed and pressure is applied to the pressure chamber 33 and the tube 34, so that a sufficient back pressure to the water pressure is built up when the lower shutter 32 is opened.
  • Sand is then passed over the lower half pipe section 36 past the deep vibrator 37 to the lower outlet opening 38.
  • the deep vibrator is attached via a flexible coupling 35 to a pipe string 39. It is driven in an electrically rotating manner by means of an internal motor, an unbalanced mass being mounted in the deep vibrator 37, which generates the vibrating movements of the sluice vibrator.
  • a roller 40 can be seen, over which the support cable of the crane runs.

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Abstract

Verfahren zum Herstellen von Rüttelstopfsäulen auf dem Grund von Gewässern, insbesondere in Offshore-Gebieten, wobei Sand vom Grund (15) des Gewässers verwendet wird, wobei der Sand von seinem Feinkornanteil getrennt wird, und wobei der behandelte Sand dann in Rüttelstopfsäulen (28) im Grund des Gewässers verbaut wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Rüttelstopfsäulen auf dem Grund von Gewässern, insbesondere in Offshore-Gebieten, sowie eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens.
  • Aus der DE 25 43 320 A1 ist ein Verfahren und eine Anlage zum Gründen eines Bauwerks am Meeresboden bekannt, bei dem Schüttgut, insbesondere Sand und Kies, in der Nähe des Bauwerks aus dem Meeresboden gewonnen und anschließend zu einer oder mehreren Gründungsstellen an dem Bauwerk gefördert wird. Hierbei wird das Schüttgut vor Erreichen der Gründungsstellen klassiert und im übrigen in Meeresbodennähe von einem Gewinnungsort bis zu der oder den Gründungsstellen gefördert. Als Gründungskörper sind hier ausschließlich Schüttungen vorgesehen.
  • Aus der DE 100 53 427 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Materialsäulen im Boden von Gewässern bekannt, bei welchem in den Boden einzubringendes Material wie beispielsweise Beton oder Kies mittels eines Tiefenrüttlers in den Boden eingebracht wird, wobei der Tiefenrüttler an einem Erdbaugerät angehängt ist, der auf einem Ponton auf der Wasseroberfläche schwimmt. Das Material muß in ein auf dem Ponton stehendes Materialreservoir eingebracht werden, d.h. also mit Wasserfahrzeugen an den Ponton herangeführt werden, was zum einen zu erheblichen Kosten führt und zum anderen bei stärkerem Wind oder stärkeren Wellengang zu Behinderungen bzw. Unterbrechungen bei der Anwendung des Verfahrens führen kann.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der zuletzt genannten Art bereitzustellen, das kostengünstiger als bekannte Verfahren ist und eine erhöhte Anwendungssicherheit unabhängig von der Wetterlage bietet. Die Lösung besteht in einem Verfahren zum Herstellen von Rüttelstopfsäulen auf dem Grund von Gewässern, insbesondere in Offshore-Gebieten, wobei Sand vom Grund des Gewässers verwendet wird, der Sand von seinem Feinkornanteil getrennt wird, und der behandelte Sand dann in Rüttelstopfsäulen am Grund des Gewässers verbaut wird. Als Feinkornanteil wird der Anteil mit Korngrößen kleiner gleich 0,06 mm verstanden. Vorzugsweise wird der Sand zum Behandeln über die Oberfläche des Gewässers verbracht.
  • Geeignetes Material für die Rüttelstopfsäulen, insbesondere Sand steht in den meisten Offshore-Gewässern zur Verfügung, so daß das Material selber kein Kostenfaktor darstellt sondern ausschließlich seine Förderung. Diese ist in der Form des reinen Absaugens vom Meeresboden deutlich günstiger als der Transport des Sandes mittels Wasserfahrzeugen von Land aus an die Stelle der Säulenerzeugung.
  • Der Einsatz der Saugvorrichtung ist hierbei auch noch bei Wetterlagen möglich, die ein Anlegen eines Wasserfahrzeuges an einen offshore schwimmenden Ponton nicht mehr zulassen würden.
  • Das erfindungsgemäße Trennen des Feinkornanteils von dem zu verbauenden Sand stellt die notwendige Verdichtbarkeit zur Herstellung der Sandsäulen sicher. Auch der Kostenanteil hierfür ist vernachlässigbar gering.
  • In bevorzugter Ausführung des Verfahrens werden zugleich mit dem Feinkornanteil auch eventuell vorhandene organische Verunreinigungen vom zu verbauenden Sand abgetrennt, wobei dies in einem einheitlichen Vorgang erfolgen kann. Bevorzugt sind hierbei Waschverfahren auf Rütteleinrichtungen oder dergleichen, gegebenenfalls auch Siebverfahren einzusetzen.
  • Die vom zu verbauenden Sand abgetrennte Anteile können in der Nähe der Entnahmestelle unter Berücksichtigung der Strömungsverhältnisse wieder in das Gewässer zurückgegeben werden. Bei Anwendung des Verfahrens in Ufernähe, insbesondere in Flüssen oder Kanälen, können die abgetrennten Anteile auch an Land deponiert werden.
  • Sobald der zu verbauende Sand in geeigneter Qualität bereitgestellt ist, kann sein Weitertransport zum Ort der Herstellung der Säulen erfolgen, vorzugsweise auf hydraulischem Wege, d.h. in einer Aufschwemmung mit Wasser, gegebenenfalls jedoch auch auf pneumatischem Wege.
  • Eine erfindungsgemäße Anlage zum Herstellen von Rüttelstopfsäulen auf dem Grund von Gewässern zur Durchführung des vorbezeichnetem Verfahrens umfaßt eine Sandhebevorrichtung zum Heben von Sand vom Grund des Gewässers, eine Sandbehandlungsvorrichtung zum Trennen des Sandes zumindest von seinem Feinkornanteil, an einen Sandsender zum Weitertransport des Sandes an die Stelle des Verbauens und einen Schleusenrüttler zum Herstellen der Rüttelstopfsäulen. Vorzugsweise ist der Schleusenrüttler an einem Bohrgestänge angebracht, an dessen oberen Ende die Aufgabeschleuse angeordnet ist. Es ist jedoch auch eine Verbindung des Tiefenrüttlers mit der Aufgabeschleuse über flexible Schlauchleitungen möglich.
  • Der Schleusenrüttler mit seiner Aufhängung kann auf einem gesonderten Wasserfahrzeug (Ponton) mit größerer Beweglichkeit angeordnet sein, während die übrigen Teile der miteinander dauernd verketteten Anlage nämlich Saugbagger, Sandbehandlungsanlage und Sandsender auf einem zweiten größeren Wasserfahrzeug (Ponton), das fest verankert ist, angeordnet sein könnten. Es ist aber auch eine / die Anordnung auf einem einzigen Wasserfahrzeug (Ponton) möglich. Der Schleusenrüttler kann an einem Kran aufgehängt sein oder an einem festem Gestell geführt sein.
  • Zu den bevorzugten Ausgestaltungen der Anlageteile wird auf die Ansprüche verwiesen.
  • Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachstehend beschrieben.
    • Figur 1 zeigt die verkettete Gesamtanlage für das erfindungsgemäße Verfahren in einem Vertikalschnitt;
    • Figur 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Schleusenrüttler als Einzelheit in einem Vertikalschnitt.
  • In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße verkettete Gesamtanlage 11 gezeigt, deren miteinander verkettete Anlagenteile auf zwei Wasserfahrzeugen 12, 13 angeordnet sind, die beide schwimmend an der Wasseroberfläche 14 liegen. Der Grund des Gewässers ist mit 15 bezeichnet. Auf dem ersten Wasserfahrzeug befindet sich ein Saugbagger 16, dessen Saugrohr 17 bis an den Grund 15 des Gewässers reicht und von diesem Sand im vorhandenen Zustand absaugt. Das genannte Saugrohr 17 kann flexibel oder teleskopierbar sein, um an die sich durch das Absaugen verändernde Tiefe des Grundes 15 ausgleichen zu können. Vom Saugbagger 16 wird der mit Wasser versetzte Sand über eine Leitung 18 hydraulisch zu einer Sandtrennvorrichtung 19 gefördert, in der bestimmte Teile vom Sand abgetrennt werden, nämlich der Feinkornanteil und gegebenenfalls organische Verunreinigungen. Diese werden über ein Spülrohr 20 mit Abstand zur Sandentnahmestelle wieder in das Gewässer zurückgeleitet. An der Entnahmestelle ist eine Bodenmulde 21 erkennbar, an der Rückführstelle der Trennanteile eine Aufschüttung 22. Der behandelte Sand wird über eine Leitung 23 hydraulisch weitertransportiert zu einem Sandsender 24, der im wesentlichen eine Pumpenanordnung für das Sand-Wasser-Gemisch darstellt. Von diesem Sandsender 24 wird über eine flexible Leitung 25, die vom ersten Schwimmfahrzeug 12 zum zweiten Schwimmfahrzeug 13 führt, ein Schleusenrüttler 26 versorgt, nämlich dessen Schleusenkammer.
  • Der Schleusenrüttler 26 ist absenkbar an einem Kran 27 angehängt, der auf dem zweiten Wasserfahrzeug 13 steht. Die hiermit gezeigt Art der Führung des Schleusenrüttlers 26 ist bei stärkeren Eigenbewegungen des Wasserfahrzeuggünstig. Der Wasseranteil des hydraulisch geförderten Sandes wird im Schleusenrüttler 26 noch im Bereich der obenliegenden Schleusenkammer abgetrennt. Unterhalb des Schleusenrüttlers 26 ist eine bereits teilweise fertiggestellte Rüttelstopfsäule 28 erkennbar, die beim Aufwärtsziehen des Schleusenrüttlers 26 unter Austritt von Sand nach vorherigem Einrütteln des Schleusenrüttlers 26 ohne Ausbringen von Sand entsteht. Das Ziehen des Schleusenrüttlers 26 erfolgt nach der Pilger-Schritt-Methode wobei nach einem größeren Schritt des Ziehens jeweils ein kleinerer Schritt des erneuten Einrüttelns zum Verdichten des ausgebrachten Sandes erfolgt.
  • In Figur 2 ist der Schleusenrüttler als vergrößerte Einzelheit gezeigt. Es sind hierbei die Zuführleitung 25 am oberen Ende sowie eine Wasserauslaßleitung 29 zu erkennen, die beide mit einer obenliegenden Aufgabekammer 30 verbunden sind. Die Auf gabekammer 30 hat einen ersten Verschluß 31 am oberen Ende und einen zweiten Verschluß 32 am unteren Ende. An die Aufgabekammer 30 oder Schleusenkammer schließt sich eine Druckkammer 33 mit einem sich anschließenden Druckrohr 34 an. Bei geöffnetem Verschluß 31 und geschlossenem Verschluß 32 kann in der Aufgabekammer 30 entwässerter Sand drucklos in die Schleusenkammer 30 eingeleitet werden. Danach wird der Verschluß 31 geschlossen und Druck auf die Druckkammer 33 und das Rohr 34 aufgegeben, so daß ein ausreichender Gegendruck zum Wasserdruck aufgebaut wird, wenn der untere Verschluß 32 geöffnet wird. Über den unteren Halbrohrabschnitt 36 wird dann Sand am Tiefenrüttler 37 vorbei zur unteren Auslaßöffnung 38 geführt. Der Tiefenrüttler ist über eine elastische Kupplung 35 an ein Rohrgestänge 39 angehängt. Er wird über einen innenliegenden Motor elektrisch drehend angetrieben, wobei im Tiefenrüttler 37 eine Unwuchtmasse gelagert ist, die die Rüttelbewegungen des Schleusenrüttlers erzeugt. Am oberen Ende des Schleusenrüttlers 26 ist eine Rolle 40 zu erkennen, über die das Tragseil des Krans läuft.
    • Bezugszeichenliste
    • 11
    Anlage
    12
    Wasserfahrzeug
    13
    Wasserfahrzeug
    14
    Wasseroberfläche
    15
    Grund
    16
    Saugheber
    17
    Saugrohr
    18
    Leitung
    19
    Sandbehandlungsvorrichtung
    20
    Spülrohr
    21
    Bodenmulde
    22
    Aufschüttung
    23
    Leitung
    24
    Sandsender
    25
    Leitung
    26
    Schleusenrüttler
    27
    Kran
    28
    Sandsäule
    29
    Auslaßleitung
    30
    Schleusenkammer
    31
    Schleuse
    32
    Schleuse
    33
    Druckkammer
    34
    Druckrohr
    35
    Kupplung
    36
    Halbrohr
    37
    Tiefenrüttler
    38
    Auslaßöffnung
    39
    Verlängerungsrohr
    40
    Rolle

Claims (12)

  1. Verfahren zum Herstellen von Rüttelstopfsäulen auf dem Grund von Gewässern, insbesondere in Offshore-Gebieten,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß Sand vom Grund (15) des Gewässers verwendet wird,
    daß der Sand von seinem Feinkornanteil getrennt wird, und
    daß der behandelte Sand dann in Rüttelstopfsäulen (28) im Grund des Gewässers verbaut wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Sand, insbesondere gleichzeitig mit dem Feinkornanteil, von organischen Verunreinigungen getrennt wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die vom Sand abgetrennten Anteile von Feinkorn und gegebenenfalls organischen Verunreinigungen entfernt von der Sandentnahmestelle (21) in das Gewässer zurückgegeben werden oder an Land deponiert werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Trennen des Sandes von Feinkornanteilen und organischen Verunreinigungen in einem Waschverfahren erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Transport des Sandes nach dem Trennvorgang bis zum Ort des Verbauens hydraulisch erfolgt.
  6. Anlage zum Herstellen von Rüttelstopfsäulen auf dem Grund von Gewässern, insbesondere in Offshore-Gebieten, umfassend
    eine Sandhebevorrichtung (16) zum Heben von Sand vom Grund (15) des Gewässers,
    eine Sandbehandlungsvorrichtung (19) zum Trennen des Sandes zumindest von seinem Feinkornanteil,
    einen Sandsender (24) zum Weitertransport des Sandes bis zum Ort des Verbauens und
    einen Schleusenrüttler (26) zum Herstellen der Rüttelstopfsäulen (28).
  7. Anlage nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Sandhebevorrichtung (16) eine Saugvorrichtung ist.
  8. Anlage nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Sandbehandlungsvorrichtung (19) eine Waschvorrichtung ist und/oder eine Siebvorrichtung ist.
  9. Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Sandsender (24) eine hydraulische Fördervorrichtung ist.
  10. Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Schleusenrüttler (26) von einem Kran (27) oder einem festen Gestell geführt ist.
  11. Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Teile (16, 19, 24, 26) der Anlage dauernd verkettet sind.
  12. Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Teile (16, 19, 24, 27) der Anlage auf zumindest einem Wasserfahrzeug (12, 13) angeordnet sind.
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