EP2500473A1 - Verfahren zur Herstellung einer Gründung für eine Offshore-Anlage - Google Patents

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EP2500473A1
EP2500473A1 EP11158535A EP11158535A EP2500473A1 EP 2500473 A1 EP2500473 A1 EP 2500473A1 EP 11158535 A EP11158535 A EP 11158535A EP 11158535 A EP11158535 A EP 11158535A EP 2500473 A1 EP2500473 A1 EP 2500473A1
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EP
European Patent Office
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component
borehole
drilling
cavity
seabed
Prior art date
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Granted
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EP11158535A
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English (en)
French (fr)
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EP2500473B1 (de
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Marc Dr. Peters
Thomas Studer
Jens Dr. Wiemann
Fenno Leenwerke
Christof Dr. Gipperich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Herrenknecht AG
Hochtief Solutions AG
Original Assignee
Herrenknecht AG
Hochtief Solutions AG
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Publication date
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Priority to PL11158535T priority patent/PL2500473T3/pl
Priority to DK11158535.2T priority patent/DK2500473T3/da
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D7/00—Methods or apparatus for placing sheet pile bulkheads, piles, mouldpipes, or other moulds
    • E02D7/28—Placing of hollow pipes or mould pipes by means arranged inside the piles or pipes
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B17/00—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor
    • E02B17/0004—Nodal points
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D27/00—Foundations as substructures
    • E02D27/32—Foundations for special purposes
    • E02D27/42—Foundations for poles, masts or chimneys
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D27/00—Foundations as substructures
    • E02D27/32—Foundations for special purposes
    • E02D27/52—Submerged foundations, i.e. submerged in open water
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B17/00—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor
    • E02B2017/0091—Offshore structures for wind turbines

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a foundation for an offshore installation, in particular for an offshore wind turbine.
  • Offshore plant means a fixed structure that is built in the open sea and especially offshore.
  • offshore wind turbines can also be, for example, oil rigs or bridges.
  • An offshore wind turbine usually has a component by which the wind turbine is anchored in the seabed. On this device a mast is placed, which protrudes relatively high from the water surface. Among other things, the generator, a bearing device for the rotor and the rotor itself is arranged at the top of the mast.
  • Offshore wind turbines can protrude above 150 m from the water surface and are usually installed or anchored in water depths of up to 50 m. The foundation of wind turbines on the seabed is exposed to relatively high forces or stresses, in particular due to waves, wind loads and dead weight of the wind turbine and due to the dynamic forces from the plant operation.
  • the invention the technical problem of providing a method of the type mentioned above, in which the environmental impact can be minimized, in which the dependence on the local geology is reduced and with the establishment of a high load capacity can be realized.
  • the invention teaches a method for producing a foundation for an offshore installation, in particular for an offshore wind turbine, wherein a structural element in the form of a tubular hollow body held by means of a manipulation device in a vertical or a substantially vertical position is, with the device is then lowered with its lower end to the seabed, wherein subsequently to the lower end of the component with a drilling device, a borehole is drilled into the seabed and the component - is lowered in the borehole - according to the Bohr notebook intimid, wherein the component is fixed after reaching its final depth in its position in the borehole and wherein the component is then used itself as a foundation element or as part of a foundation body or as a cavity protection for a foundation element.
  • the component is a tubular hollow body made of steel or reinforced concrete.
  • the component or the hollow body is cylindrical and preferably also the cavity in the component is cylindrical. It is also within the scope of the invention that extends the cavity, preferably the cylindrical cavity over the entire length of the component or over the entire length of the hollow body.
  • the component is held in a vertical or in a substantially vertical position with the aid of the manipulation means in the context of the invention that the longitudinal axis of the component or the tubular hollow body is oriented vertically or substantially vertically.
  • seabed so also means, for example, the bottom of a lake or a river.
  • the device according to the invention is used directly as a foundation element.
  • a foundation element For this purpose, it is expediently designed as a heavy tube made of metal or reinforced concrete for permanent use as a structural part.
  • the component or foundation element is then supplemented by further structural components, for example a windmill shaft or a pylon.
  • the component is used as part of a foundation body and is then supplemented by at least one further foundation element.
  • This foundation element may be a monopile or, for example, a leg of a tripod.
  • the introduced into the seabed component serves as a kind of plug-in element for the foundation element.
  • the foundation element can preferably be introduced with a shaft portion in the upper end of the plug-in element.
  • the component is used as a cavity protection for the production of a foundation element.
  • the component is used in particular, as it were, as lost formwork, as a threat or as an escape guard.
  • a component is first transported floating to the place of use or installation location.
  • the transport can be done with a pontoon, a ship or the like.
  • the floating state of the component is realized either by a self-floating tubular hollow body or with the help of at least one floating tank, which is introduced into the tubular hollow body or it clasps.
  • the component is transported with the proviso floating to use that its longitudinal axis is oriented horizontally or substantially horizontally.
  • the component is first lowered or lowered at its place of use or installation location. The lowering can take place down to the seabed or up to a defined position above it.
  • the ballasted or flooded the aforementioned floating tanks can also be temporarily stored only here and later set up or installed or later transported to its site or installation site.
  • the transport of the component on the one hand and the installation or anchoring of the component on the other hand are decoupled from each other.
  • a displacement device is used for the installation or for the anchoring of the component.
  • the transfer device may in particular be a jack-up or a ship.
  • the component is transferred to a vertical position or in a substantially vertical position, preferably with a lifting device, which is preferably arranged or fixed to or on the transfer device.
  • the transfer device is supported and positioned with lifting legs on the seabed.
  • the component is fixed in its vertical position or substantially vertical position by the manipulation device according to the invention or clamped by the manipulation device according to the invention and is held in the vertical position or in the substantially vertical position.
  • the manipulation device is connected or fixed to the transfer device.
  • the component is held in its upper half in relation to its height h, preferably in the upper quarter of the manipulation device.
  • the manipulation device has clamping elements between which the component is clamped. This can be a clamp clamp construction act. It is within the scope of the invention that the component is guided or held with the manipulation device with respect to its vertical and horizontal position.
  • the component is first clamped in the manipulation device and then moved by means of the manipulation device and the lifting device in the direction of the seabed.
  • the component is then released from the manipulation device so that it can sink under its own weight on the seabed or can sink into the seabed under its own weight.
  • the borehole is drilled into the seabed at the lower end of the device with the drilling device, said borehole expediently has a larger diameter or a slightly larger diameter than the outer diameter of the component.
  • the manipulation device is lowered in the direction of the seabed when the component is lowered into the borehole, the component being held in its position.
  • the manipulation device is expediently guided vertically downwards on at least one guide rail of the transfer device.
  • the tracking is preferably carried out until the device has reached its final depth in the seabed.
  • the drilling progress takes place cyclically.
  • a very preferred embodiment of the invention is characterized in that the drilling device is at least partially received in the cavity of the component.
  • the drilling device is inserted into the cavity of the component and positioned when the component has been deposited on the seabed or sunk into the seabed.
  • at least the drill drive of the drilling device and optionally cable feeds for this drill drive are arranged in the cavity of the component.
  • the auger drive may be a hydraulic or electromotive auger drive.
  • the drilling device or the drill drive is positively fixed in the cavity of the component.
  • the borehole wall of the leading borehole is hydraulically supported by a liquid during the drilling operation.
  • This liquid may be seawater present in the cavity of the component and downhole or a support suspension, for example a polymer-based or bentonite-based support slurry.
  • a support suspension for example a polymer-based or bentonite-based support slurry.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that it is drilled in the full-cut method and that for this purpose preferably a cutting wheel installed at the lower end of the component is used.
  • the rotating cutting wheel loosens the soil in the borehole and expediently feeds the dissolved soil material to a conveying device.
  • Another embodiment of the invention is characterized in that is drilled in the partial section method.
  • a rotating cutting roller is suitably used with stocking from mining tools, which is preferably mounted on a three-dimensionally movable arm. Again, the rotating cutting roller expediently leads the dissolved soil material to a conveyor.
  • the drilling operation begins after the component has been brought into the vertical or substantially vertical position and has been lowered onto the seabed.
  • the borehole is - successively driven into the seabed - according to the diameter of the component.
  • the component is held or fixed in its position with the aid of the manipulation device. Empfohlenelik the drilling device is driven by pressing.
  • the press control is performed force-controlled for targeted and controlled control of the pressure force of the drilling device at the lower end of the component. It is recommended that a control of the drilling device of a control unit of the transfer device out.
  • the component is lowered in cycles after each drilling stroke in accordance with the drilling progress on the bottom of the borehole. This is expediently carried out with the aid of the manipulation device. In principle, however, it is also within the scope of the invention to continuously track the component during drilling.
  • a recommended embodiment of the invention is characterized in that a component with an outer jacket or annular jacket and an inner jacket or annular jacket is used and that at least one hollow chamber is arranged between the outer and inner jacket.
  • the dissolved during the drilling process soil material is conveyed away through the cavity of the component upwards.
  • the cavity of the device during the drilling process is completely or virtually completely filled with liquid, so that the dissolved soil material can be hydraulically carried away and is preferably conveyed away in the context of a hydraulic delivery circuit.
  • the dissolved soil material is then fed to a Separierstrom for separation of liquid and soil material. It has already been pointed out that the liquid in the cavity of the Component also contributes to the hydraulic support of the borehole walls or the borehole wall.
  • the borehole is produced with an overcut in view of the outer diameter of the component and that therefore the diameter of the borehole is larger or slightly larger than the outer diameter of the component.
  • a lubricant can be introduced in the gap or annular gap between the component and the borehole wall.
  • a bentonite suspension is used as a lubricant.
  • a lubricant is introduced into the gap or annular gap between the component and the borehole wall, which is liquid or viscous during the drilling process and cures after completion of the drilling process (1-phase solution).
  • This lubricant is preferably a mortar suspension.
  • the gap or annular gap between the device and the borehole wall after completion of the drilling process with a backfill material, preferably with a hydraulically setting backfill material is pressed ,
  • the bentonite suspension is removed after reaching the final depth of the component from the annular gap.
  • mortar is preferably introduced into the annular gap via the cavity of the component Pressed, which displaces the bentonite suspension.
  • a collecting ring for collecting the bentonite suspension is provided at the upper end of the annular gap, so that it does not escape into the seawater.
  • a very preferred embodiment of the invention is characterized in that after completion of the drilling operation at least a part of the components of the drilling device is dismantled and in particular at least a part of recorded in the cavity of the component components of the drilling device is rebuilt. Conveniently, at least the drill drive is removed again from the cavity of the component and according to a particularly preferred embodiment, the drill head or the drilling tools. A complete dismantling of the components of the drilling device is preferred in the context of the method according to the invention. The drilling device or the components of the drilling device can then be reused in an advantageous manner.
  • the component After completion of the drilling process, the component is recommended to be fixed in its position in the borehole. This is done in particular by the above-mentioned mortar or the above-mentioned filling material in the gap or annular gap between the component and the borehole wall.
  • the component is additionally fixed by means of anchoring anchors, which are driven through openings in the tubular hollow body in the surrounding submarine ground. This Anpressanker improve the load transfer into the ground and increase the load capacity of the tubular hollow body or the component.
  • the component itself is used as a foundation element.
  • it is designed as a heavy pipe made of metal or steel / prestressed concrete for permanent use as a structural part.
  • the component or foundation element is then supplemented by further components, for example a windmill shaft or a pylon.
  • the component is used as part of a foundation body.
  • a foundation element is introduced into the cavity or in the upper end of the component used as the primary foundation element and fixed in this position.
  • the fixation is preferably realized with a binder.
  • the component can be made lighter and / or shorter in this second embodiment than in the first embodiment explained above.
  • the component is expediently also a heavy tube made of metal or steel / prestressed concrete.
  • the foundation element is designed as a component of steel, reinforced concrete and / or prestressed concrete.
  • the foundation element can be formed either monolithically or from individual prefabricated and connected ring elements.
  • the device serves as a cavity securing or dowel for a foundation element.
  • the foundation element is thereby introduced into the cavity of the component and fixed there.
  • the fixation is realized here with a binder.
  • the component or the hollow body can be made much easier than in the two embodiments described above.
  • the founding element is also here expediently designed monolithic as a component made of steel, reinforced concrete or prestressed concrete or composed of individual prefabricated elements.
  • the cavity of the component can be filled at least in the lower part with the dissolved soil material or cuttings.
  • the invention is based on the finding that with the method according to the invention a foundation of offshore facilities can be generated, the environmental pollution and in particular unwanted noise emissions compared to the known measures described above are minimized considerably. Also, the method of the invention is largely independent of local geological conditions.
  • the foundation produced by the method according to the invention is characterized by a surprisingly high load-bearing capacity, while at the same time reducing the masses and weights of the components to be installed in one work step. This overcomes the existing restrictions on the size of offshore installations. It should also be pointed out that the method according to the invention works with relatively simple and less complicated measures and can thus be realized relatively inexpensively.
  • the figures illustrate the inventive method for producing a foundation for an offshore installation, in the embodiment according to the figures for an offshore wind turbine.
  • a component 1 in the form of a tubular hollow body is preferably initially transported floating.
  • the floating position of the component 1 is in the FIG. 1 shown in phantom.
  • the component 1 is designed as a self-floating hollow body and indeed mounted in the interior of the tubular hollow body, not shown swimming tanks.
  • the transport takes place in the exemplary embodiment, moreover, with two tugs 2.
  • the component 1 is then lowered to the seabed 3 (in FIG. 1 drawn undressed).
  • the floating tanks are expediently ballasted in the interior of the component 1.
  • the device 1 in the lowered state to the seabed 3, the device 1 according to an embodiment can initially be stored and anchored at a later date in the seabed.
  • the device 1 is installed immediately after lowering.
  • the jack 4 has a relative to lifting legs 5 movable in the vertical direction Hubinselt 6.
  • the lying on the seabed 3 component 1 is then connected to a arranged on the jack 4 lifting device 7.
  • the component 1 is transferred with the lifting device 7 in a vertical position.
  • the component 1 located in the vertical position is then clamped in a manipulation device 8 of the lifting island 4.
  • a preferred embodiment of the manipulation device 8 according to the invention is shown.
  • the manipulation device 8 has a tension clamp construction with tension clamps 9 for clamping the component 1.
  • the component 1 has a circular cross-section and is thus cylindrical.
  • the clamping of the component 1 in the manipulation device 8 is preferably carried out and in the embodiment ( FIG. 3 ) at the upper end of the component 1.
  • the FIG. 4 shows the fourth phase of the process according to the invention.
  • the component 1 is guided with the at least one guide rail 10 of the lifting island 4 vertically movable manipulation device 8 to the seabed 3.
  • the lower end of the component 1 is placed on the seabed 3.
  • the component 1 can be released in the manipulation device 8 with the proviso that the component 1 sinks vertically downward under its own weight to the seabed 3 and possibly sinks into the seabed 3.
  • the boring of the borehole 11 for the introduction of the component 1 into the seabed 3 takes place with a boring device 12.
  • a preferred embodiment of this boring device 12 is shown in FIG FIG. 9 shown schematically. This will be discussed below.
  • the borehole 11 is drilled successively according to the diameter of the structural element 1 into the seabed 3.
  • the component 1 is tracked with the help of the guide rail 10 vertically movable manipulation device 8.
  • the component 1 is expediently guided or held by the manipulation device 8 both with respect to the horizontal direction and with respect to the vertical direction.
  • the final depth of the device 1 has already been reached and the manipulation device 8 is still connected at this stage at the upper end of the device 1.
  • the guide rail 10 is moved with the arranged at the lower end of the guide rail 10 manipulating device 8 upwards.
  • the borehole 11 is otherwise drilled with an overcut so that the diameter of the borehole 11 is slightly larger than the outer diameter of the structural element 1.
  • the resulting gap 13 between the structural element 1 and the borehole wall is, according to a preferred embodiment of the invention, provided with a lubricant. which is liquid to viscous during the drilling process and cures after completion of the drilling process, compressed.
  • FIGS. 7a . 7b and 7c each show partial phases for three different embodiments of the method according to the invention.
  • the device 1 has been introduced according to the phases described above. In this case, it is so long that it protrudes above sea level 25. Therefore, the arrangement of another foundation element is not required and the Connecting portion 17 (transition piece) can be placed directly on the component 1, aligned and fixed in the second sub-phase. In the third phase of the Figure 7a are then the mast 18 and the other components of the wind turbine, such as rotor 19, etc. applied to the connecting portion 17.
  • the FIG. 7b shows four phases of a further procedure.
  • the component 1 is used as a plug-in element for the foundation element.
  • a foundation element in the form of a monopile 15 is introduced into the upper end of the component 1.
  • the monopile 15 engages with a lower shaft portion 16 in the hollow upper end of the component 1 a.
  • the monopile 15 is expediently fixed to the component 1 with the aid of a binder.
  • a connecting portion 17 placed on the monopile 15, aligned and fixed thereto.
  • the component 1 is used as a lost formwork.
  • a foundation element in the form of a monopile 15 is introduced into the cavity of the component 1 and fixed.
  • the connecting portion 17 is placed on the monopile 15, aligned and fixed.
  • the mast 18 and the other components of the wind turbine, such as rotor 19, etc. are applied to the connecting portion 17 as described above.
  • connection portion 17 (Transition Piece).
  • This connecting portion 17 serves primarily to compensate for positional inaccuracies of the foundation body. It is aligned and fixed on the foundation body so that the adjoining mast can be mounted exactly in the desired position, in particular with respect to its vertical orientation. If the foundation body is inserted into a previously prepared cavity as described above, it can itself be precisely aligned. The mast can then be mounted directly on the equipped with a corresponding upper end foundation body. The use of a separate connection section 17 (Transition Piece) is not required. The "Transition Piece" is integrated into the foundation body, so to speak.
  • FIG. 9 illustrates a possible embodiment of the method according to the invention.
  • the majority of the components of the drilling device 12 is received in the cavity 20 of the component 1.
  • the drill drive 21 of the drilling device 12 is arranged in this cavity 20.
  • Only the drill head 22 protrudes from the lower end of the component 1 in the borehole 11.
  • the drill head 22 may here have a not-shown cutting wheel for drilling in the full-cut method. Due to the rotating cutting wheel soil material is dissolved in the borehole 11 and then discharged.
  • Another non-illustrated embodiment of the method according to the invention provides the soil degradation in the partial section method.
  • the mining process is carried out with a rotating on a movable arm and equipped with mining tools cutting / - Schrämwalze. According to a particularly preferred embodiment and suitable for both previously described variants of the method, the drilling process loosened soil material through the cavity 20 of the component 1 upwards.
  • the corresponding delivery line 23 shown schematically.
  • FIG. 9 further shows that the cavity 20 of the device 1 is filled with liquid 24.
  • the liquid 24 fills the cavity 20 with a liquid level that is elevated in comparison with the sea level 25.
  • the walls of the wellbore 11 are hydraulically supported to prevent collapse of the borehole walls.
  • the soil material dissolved during drilling can be conveyed off hydraulically via the delivery line 23, preferably within the framework of a FIG. 9 not shown hydraulic delivery circuit.
  • the liquid 24 may be a support suspension.
  • the remaining in the annular gap 13 between the component 1 and the borehole wall support suspension is removed, unless it is curing (1-phase solution).
  • preferred mortar via the cavity 20 of the device 1 is pressed from below into the annular gap 13.
  • the support suspension based on bentonite is then displaced upwards and preferably collected and removed with a collecting ring 26 arranged above the annular gap 13.
  • the mortar hardens in the annular gap 13 and fixes the component 1 in its position.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Gründung für eine Offshore-Anlage, insbesondere für eine Offshore-Windkraftanlage, wobei ein Bauelement in Form eines rohrförmigen Hohlkörpers mit Hilfe einer Manipulationseinrichtung in einer vertikalen Position gehalten wird. Das Bauelement wird dann mit seinem unteren Ende auf den Meeresboden abgesenkt und anschließend wird an dem unteren Ende des Bauelementes mit einer Bohreinrichtung ein Bohrloch in den Meeresboden gebohrt. Das Bauelement wird dann entsprechend dem Bohrfortschritt in dem Bohrloch abgesenkt. Nach Erreichen seiner Endtiefe wird das Bauelement im Bohrloch fixiert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Gründung für eine Offshore-Anlage, insbesondere für eine Offshore-Windkraftanlage. Offshore-Anlage meint ein feststehendes Bauwerk, dass in der offenen See und insbesondere vor Küsten errichtet wird. Offshore-Anlagen können neben Offshore-Windkraftanlagen auch beispielsweise Bohrinseln oder Brücken sein.
  • Eine Offshore-Windkraftanlage weist in der Regel ein Bauelement auf, durch das die Windkraftanlage im Meeresboden verankert ist. Auf dieses Bauelement ist ein Mast aufgesetzt, der relativ hoch aus der Wasseroberfläche herausragt. An der Spitze des Mastes ist unter anderem der Generator, eine Lagerungseinrichtung für den Rotor und der Rotor selbst angeordnet. Offshore-Windkraftanlagen können bis über 150 m aus der Wasseroberfläche herausragen und werden in der Regel in Wassertiefen bis zu 50 m installiert bzw. verankert. Die Gründung der Windkraftanlagen am Meeresboden ist insbesondere aufgrund von Wellengang, Windlasten und Eigengewicht der Windkraftanlage sowie aufgrund der dynamischen Kräfte aus dem Anlagenbetrieb relativ hohen Kräften bzw. Beanspruchungen ausgesetzt.
  • Bei den bislang aus der Praxis bekannten Maßnahmen zur Verwirklichung einer Gründung für Offshore-Windkraftanlagen werden entweder sogenannte Monopiles (schwere Rohre mit großem Durchmesser bis über 6 m) oder schwere Stahlfachwerkkonstruktionen, insbesondere sogenannte Tripods, Tripiles oder Jackets eingesetzt. Diese Bauelemente werden normalerweise durch Rammen bzw. mit Hilfe von Rammpfählen im Meeresboden verankert. Diese Rammverfahren sind mit erheblichen Schallemissionen im Meer verbunden und beeinträchtigen daher die Umwelt sehr wesentlich. Das gilt insbesondere für zukünftig angestrebte Anlagengrößen von deutlich über 5 MW mit entsprechend großen Gründungskörpern. Außerdem sind solchen Rammmaßnahmen in Abhängigkeit von der jeweiligen lokalen Geologie Grenzen gesetzt. Bei Festgestein, Lehmschichten oder lokalen Felsbrocken im Meeresboden ist die Gründung von Offshore-Windkraftanlagen mit Rammmaßnahmen oftmals sehr schwierig bzw. nicht mehr möglich.
  • Demgegenüber liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die ökologischen Belastungen minimiert werden können, bei dem die Abhängigkeit von der lokalen Geologie reduziert ist und mit dem eine Gründung mit hoher Tragfähigkeit realisiert werden kann.
  • Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Gründung für eine Offshore-Anlage, insbesondere für eine Offshore-Windkraftanlage, wobei ein Bauelement in Form eines rohrförmigen Hohlkörpers mit Hilfe einer Manipulationseinrichtung in einer vertikalen bzw. einer im Wesentlichen vertikalen Position gehalten wird, wobei das Bauelement dann mit seinem unteren Ende auf den Meeresboden abgesenkt wird,
    wobei anschließend an dem unteren Ende des Bauelementes mit einer Bohreinrichtung ein Bohrloch in den Meeresboden gebohrt wird und das Bauelement - entsprechend dem Bohrfortschritt - in dem Bohrloch abgesenkt wird, wobei das Bauelement nach Erreichen seiner Endtiefe in seiner Lage im Bohrloch fixiert wird
    und wobei das Bauelement anschließend selbst als Gründungselement oder als Teil eines Gründungskörpers oder als Hohlraumsicherung für ein Gründungselement eingesetzt wird.
  • Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass es sich bei dem Bauelement um einen rohrförmigen Hohlkörper aus Stahl oder aus Stahlbeton handelt. Vorzugsweise ist das Bauelement bzw. der Hohlkörper zylinderförmig ausgebildet und bevorzugt ist auch der Hohlraum in dem Bauelement zylinderförmig ausgebildet. Es liegt weiterhin im Rahmen der Erfindung, dass sich der Hohlraum, vorzugsweise der zylindrische Hohlraum über die gesamte Länge des Bauelementes bzw. über die gesamte Länge des Hohlkörpers erstreckt.
  • Dass das Bauelement mit Hilfe der Manipulationseinrichtung in einer vertikalen bzw. in einer im Wesentlichen vertikalen Position gehalten wird, meint im Rahmen der Erfindung, dass die Längsachse des Bauelementes bzw. des rohrförmigen Hohlkörpers vertikal bzw. im Wesentlichen vertikal orientiert ist. - Soweit hier und nachfolgend vom Meer bzw. vom Meeresboden die Rede ist, schließt das die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Süßwassergewässern nicht aus. Insoweit meint Meeresboden also auch beispielsweise den Boden eines Sees oder eines Flusses.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird das erfindungsgemäße Bauelement direkt als Gründungselement eingesetzt. Dazu ist es zweckmäßigerweise als schweres Rohr aus Metall oder Stahlbeton für die dauerhafte Nutzung als Tragwerksteil ausgebildet. Das Bauelement bzw. Gründungselement wird dann um weitere Baukomponenten, beispielsweise einen Windmühlenschaft oder einen Pylon, ergänzt.
  • Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird das Bauelement als Teil eines Gründungskörpers eingesetzt und wird dann durch zumindest ein weiteres Gründungselement ergänzt. Bei diesem Gründungselement kann es sich um ein Monopile oder beispielsweise um ein Bein eines Tripods handeln.
  • Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das in den Meeresboden eingebrachte Bauelement gleichsam als Steckelement für das Gründungselement dient. Das Gründungselement kann vorzugsweise mit einem Schaftabschnitt in das obere Ende des Steckelementes eingebracht werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Bauelement als Hohlraumsicherung für die Herstellung eines Gründungselementes eingesetzt. Das Bauelement wird im Rahmen dieser erfindungsgemäßen Lösung insbesondere gleichsam als verlorene Schalung, Verrohung oder Ausbruchsicherung eingesetzt.
  • Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass ein Bauelement zunächst schwimmend zum Einsatzort bzw. Aufstellort transportiert wird. Der Transport kann mit einem Ponton, einem Schiff oder dergleichen erfolgen. Der schwimmende Zustand des Bauelementes wird dabei entweder durch einen selbstschwimmenden rohrförmigen Hohlkörper realisiert oder mit Hilfe von zumindest einem Schwimmtank, der in den rohrförmigen Hohlkörper eingebracht ist oder ihn umklammert. Zweckmäßigerweise wird das Bauelement mit der Maßgabe schwimmend zum Einsatz transportiert, dass seine Längsachse horizontal bzw. im Wesentlichen horizontal orientiert ist. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das Bauelement zunächst abgesenkt wird bzw. an seinem Einsatzort bzw. Aufstellort abgesenkt wird. Die Absenkung kann bis auf den Meeresboden oder bis zu einer definierten Position darüber erfolgen. Zweckmäßigerweise werden dazu die vorgenannten Schwimmtanks ballastiert bzw. geflutet. Das Bauelement kann hier auch zunächst nur zwischengelagert werden und später aufgestellt bzw. installiert werden oder später zu seinem Einsatzort bzw. Aufstellort transportiert werden. Insoweit sind im Rahmen der Erfindung der Transport des Bauelementes einerseits und die Installation bzw. Verankerung des Bauelementes andererseits voneinander entkoppelt.
  • Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass für die Installation bzw. für die Verankerung des Bauelementes eine Versetzeinrichtung eingesetzt wird. Bei der Versetzeinrichtung kann es sich insbesondere um eine Hubinsel oder ein Schiff handeln. Zweckmäßigerweise wird das Bauelement in eine vertikale Position bzw. in eine im Wesentlichen vertikale Position überführt, und zwar vorzugsweise mit einer Hebevorrichtung, die bevorzugt an bzw. auf der Versetzeinrichtung angeordnet bzw. fixiert ist. Empfohlenermaßen wird im Übrigen die Versetzeinrichtung mit Hubbeinen auf dem Meeresboden abgestützt und positioniert. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das Bauelement in seiner vertikalen Position bzw. im Wesentlichen vertikalen Position von der erfindungsgemäßen Manipulationseinrichtung fixiert bzw. von der erfindungsgemäßen Manipulationseinrichtung eingespannt wird und in der vertikalen Position bzw. in der im Wesentlichen vertikalen Position gehalten wird. Es liegt weiterhin im Rahmen der Erfindung, dass die Manipulationseinrichtung an der Versetzeinrichtung angeschlossen bzw. fixiert ist.
  • Nach besonders bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird das Bauelement in seiner in Bezug auf seine Höhe h oberen Hälfte, bevorzugt im oberen Viertel von der Manipulationseinrichtung gehalten. Vorzugsweise weist die Manipulationseinrichtung Spannelemente auf, zwischen denen das Bauelement eingespannt wird. Dabei kann es sich um eine Spannschellenkonstruktion handeln. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das Bauelement mit der Manipulationseinrichtung bezüglich seiner vertikalen und horizontalen Position geführt bzw. gehalten wird.
  • Zweckmäßigerweise wird das Bauelement zunächst in der Manipulationseinrichtung eingespannt und dann mit Hilfe der Manipulationseinrichtung und der Hebevorrichtung in Richtung Meeresboden bewegt. Vorzugsweise wird anschließend das Bauelement so von der Manipulationseinrichtung gelöst, dass es unter seinem Eigengewicht auf den Meeresboden sinken kann bzw. unter seinem Eigengewicht in den Meeresboden einsinken kann. Empfohlenermaßen wird danach am unteren Ende des Bauelementes mit der Bohreinrichtung das Bohrloch in den Meeresboden gebohrt, wobei dieses Bohrloch zweckmäßigerweise einen größeren Durchmesser bzw. einen etwas größeren Durchmesser als der Außendurchmesser des Bauelementes hat.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Manipulationseinrichtung beim Absenken des Bauelementes in das Bohrloch, das Bauelement in seiner Position haltend, in Richtung Meeresboden nachgeführt. Die Manipulationseinrichtung wird dabei zweckmäßigerweise an zumindest einer Führungsschiene der Versetzeinrichtung vertikal nach unten nachgeführt. Das Nachführen erfolgt dabei bevorzugt so lange, bis das Bauelement seine Endtiefe im Meeresboden erreicht hat. Dass das Bauelement von der Manipulationseinrichtung in seiner Position gehalten wird, meint im Rahmen der Erfindung, dass das Bauelement bezüglich seiner vertikalen und/oder horizontalen Position von der Manipulationseinrichtung gehalten bzw. geführt wird. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt der Bohrfortschritt taktweise. Das bedeutet, dass zunächst über eine bestimmte Strecke nach unten gebohrt wird, danach das Bauelement mit seinem unteren Ende auf dem Boden des Bohrloches abgesetzt wird und anschließend wiederum über eine bestimmte Strecke weiter gebohrt wird sowie danach das Bauelement mit seinem unteren Ende auf dem Boden des Bohrloches abgesetzt wird und so weiter fort bis zum Erreichen der Endtiefe des Bauelementes. Dabei wird zweckmäßigerweise das Bauelement von der erfindungsgemäßen Manipulationseinrichtung geführt bzw. gehalten.
  • Eine sehr bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bohreinrichtung zumindest zum Teil in dem Hohlraum des Bauelementes aufgenommen ist. Zweckmäßigerweise wird die Bohreinrichtung in den Hohlraum des Bauelementes eingeführt und positioniert, wenn das Bauelement auf dem Meeresboden abgesetzt wurde bzw. in den Meeresboden eingesunken ist. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass zumindest der Bohrantrieb der Bohreinrichtung sowie gegebenenfalls Kabelzuführungen für diesen Bohrantrieb in dem Hohlraum des Bauelementes angeordnet sind. Bei dem Bohrantrieb kann es sich um einen hydraulischen oder elektromotorischen Bohrantrieb handeln. Zweckmäßigerweise ist die Bohreinrichtung bzw. der Bohrantrieb im Hohlraum des Bauelementes formschlüssig fixiert.
  • Gemäß einer empfohlenen Ausführungsform der Erfindung wird die Bohrlochwandung des voreilenden Bohrlochs während des Bohrvorganges hydraulisch mittels einer Flüssigkeit gestützt. Bei dieser Flüssigkeit kann es sich um im Hohlraum des Bauelementes und im Bohrloch vorhandenes Seewasser oder um eine Stützsuspension handeln, zum Beispiel um eine Stützsuspension auf Basis eines Polymers oder auf Basis von Bentonit. Durch diese hydraulische Stützung soll ein Zusammenfallen der Bohrlochwandungen verhindert werden. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass die hydraulische Stützung durch Flüssigkeit im Hohlraum des Bauelementes mit einem im Vergleich zum Meeresspiegel zumindest gleichen oder erhöhten Flüssigkeitsstand realisiert wird.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass im Vollschnitt-Verfahren gebohrt wird und dass hierzu vorzugsweise ein am unteren Ende des Bauelementes installiertes Schneidrad eingesetzt wird. Das rotierende Schneidrad löst den Boden im Bohrloch und führt das gelöste Bodenmaterial zweckmäßigerweise einer Fördereinrichtung zu. - Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass im Teilschnitt-Verfahren gebohrt wird. Dabei wird zweckmäßigerweise eine rotierende Schneidwalze mit Besatz aus Abbauwerkzeugen eingesetzt, die bevorzugt an einem dreidimensional bewegbaren Arm montiert ist. Auch hier führt die rotierende Schneidwalze zweckmäßigerweise das gelöste Bodenmaterial einer Fördereinrichtung zu.
  • Nachfolgend werden bevorzugte Verfahrensmaßnahmen für das erfindungsgemäße Verfahren erläutert. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass der Bohrvorgang beginnt, nachdem das Bauelement in die vertikale bzw. im Wesentlichen vertikale Position gebracht wurde und auf den Meeresboden abgesenkt wurde. Das Bohrloch wird - entsprechend dem Durchmesser des Bauelementes - sukzessive in den Meerboden getrieben. Es liegt weiterhin im Rahmen der Erfindung, dass das Bauelement dabei mit Hilfe der Manipulationseinrichtung in seiner Lage gehalten bzw. fixiert wird. Empfohlenermaßen wird die Bohreinrichtung mittels Pressen vorgetrieben. Zweckmäßigerweise wird zur gezielten und kontrollierten Steuerung der Andruckkraft der Bohreinrichtung am unteren Ende des Bauelementes die Pressensteuerung kraftgesteuert durchgeführt. Es empfiehlt sich, dass eine Steuerung der Bohreinrichtung von einer Steuereinheit der Versetzeinrichtung aus erfolgt. Wie oben bereits dargelegt, wird das Bauelement nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung taktweise nach jedem Bohrhub entsprechend dem Bohrfortschritt auf dem Boden des Bohrloches abgesenkt. Das erfolgt zweckmäßigerweise mit Hilfe der Manipulationseinrichtung. Grundsätzlich liegt es aber auch im Rahmen der Erfindung, das Bauelement kontinuierlich beim Bohren nachzuführen.
  • Eine empfohlene Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Bauelement mit einem äußeren Mantel bzw. Ringmantel und einem inneren Mantel bzw. Ringmantel eingesetzt wird und dass zwischen äußerem und innerem Mantel zumindest eine Hohlkammer angeordnet ist. Das eröffnet die Möglichkeit, die Hohlkammer bzw. die Hohlkammern zu fluten und/oder zu lenzen. Zweckmäßigerweise erfolgt das Fluten und/oder Lenzen über vertikale und/oder horizontale Schotts. Durch ein gezieltes Fluten und/oder Lenzen der Hohlkammer bzw. der Hohlkammern kann in vorteilhafter Weise das Aufrichten des Bauelementes und/oder der Bohrfortschritt gleichsam im Rahmen einer Auftriebssteuerung gesteuert werden.
  • Gemäß sehr bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird das beim Bohrvorgang gelöste Bodenmaterial durch den Hohlraum des Bauelementes nach oben abgefördert. Zweckmäßigerweise ist der Hohlraum des Bauelementes während des Bohrvorganges vollständig bzw. quasi vollständig mit Flüssigkeit gefüllt, sodass das gelöste Bodenmaterial hydraulisch abgefördert werden kann und bevorzugt im Rahmen eines hydraulischen Förderkreislaufes abgefördert wird. Zweckmäßigerweise wird das gelöste Bodenmaterial dann einer Separieranlage zur Trennung von Flüssigkeit und Bodenmaterial zugeführt. Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass die Flüssigkeit im Hohlraum des Bauelementes auch zur hydraulischen Stützung der Bohrlochwände bzw. der Bohrlochwandung beiträgt.
  • Weiterhin wurde bereits darauf hingewiesen, dass es im Rahmen der Erfindung liegt, dass das Bohrloch mit Überschnitt im Hinblick auf den Außendurchmesser des Bauelementes erzeugt wird und dass also der Durchmesser des Bohrloches größer bzw. etwas größer ist als der Außendurchmesser des Bauelementes. In den Spalt bzw. Ringspalt zwischen dem Bauelement und der Bohrlochwandung kann ein Schmiermittel eingebracht werden. Dadurch kann die Reibung zwischen dem Mantel des Bauelementes und der Bohrlochwandung reduziert werden. Gemäß einer empfohlenen Ausführungsform der Erfindung wird eine Bentonitsuspension als Schmiermittel eingesetzt.
  • Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Schmiermittel in den Spalt bzw. Ringspalt zwischen dem Bauelement und der Bohrlochwandung eingebracht, das beim Bohrvorgang flüssig bzw. zähflüssig ist und nach Beendigung des Bohrvorganges aushärtet (1-Phasen-Lösung). Bei diesem Schmiermittel handelt es sich vorzugsweise um eine Mörtelsuspension.
  • Wird kein Schmiermittel oder ein nicht abbindendes Schmiermittel wie zum Beispiel eine Bentonitsuspension eingesetzt, liegt es im Rahmen der Erfindung, dass der Spalt bzw. Ringspalt zwischen dem Bauelement und der Bohrlochwandung nach Abschluss des Bohrvorganges mit einem Verfüllmaterial, vorzugsweise mit einem hydraulisch abbindenden Verfüllmaterial verpresst wird. Zweckmäßigerweise wird die Bentonitsuspension nach Erreichen der Endtiefe des Bauelementes aus dem Ringspalt wieder entfernt. Dazu wird vorzugsweise über den Hohlraum des Bauelementes Mörtel in den Ringspalt eingepresst, der die Bentonitsuspension verdrängt. Nach einer empfohlenen Ausführungsform ist am oberen Ende des Ringspaltes ein Auffangring zum Auffangen der Bentonitsuspension vorgesehen, damit diese nicht ins Meerwasser austritt.
  • Eine sehr bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass nach Abschluss des Bohrvorganges zumindest ein Teil der Komponenten der Bohreinrichtung zurückgebaut wird und insbesondere zumindest ein Teil von im Hohlraum des Bauelementes aufgenommenen Komponenten der Bohreinrichtung zurückgebaut wird. Zweckmäßigerweise wird zumindest der Bohrantrieb wieder aus dem Hohlraum des Bauelementes entfernt und nach besonders bevorzugter Ausführungsform auch der Bohrkopf bzw. die Bohrwerkzeuge. Ein vollständiger Rückbau der Komponenten der Bohreinrichtung ist im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt. Die Bohreinrichtung bzw. die Komponenten der Bohreinrichtung können dann in vorteilhafter Weise wiederverwendet werden.
  • Nach Beendigung des Bohrvorganges wird das Bauelement empfohlenermaßen in seiner Lage im Bohrloch fixiert. Dazu dient insbesondere der vorstehend genannte Mörtel bzw. das vorstehend genannte Verfüllmaterial im Spalt bzw. Ringspalt zwischen dem Bauelement und der Bohrlochwandung. - Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird das Bauelement zusätzlich mit Hilfe von Verpressankern fixiert, die durch Öffnungen in dem rohrförmigen Hohlkörper in den umgebenden unterseeischen Baugrund getrieben werden. Diese Verpressanker verbessern die Lasteinleitung in den Baugrund und erhöhen die Belastbarkeit des rohrförmigen Hohlkörpers bzw. des Bauelementes.
  • Schließlich, vorzugsweise nach dem Rückbau zumindest eines Teils der Komponenten der Bohreinrichtung, wird das Bauelement selbst als Gründungselement eingesetzt. Zweckmäßigerweise ist es dazu als schweres Rohr aus Metal oder Stahl-/Spannbeton für die dauerhafte Nutzung als Tragwerksteil ausgebildet. Das Bauelement bzw. Gründungselement wird dann um weitere Bauelemente, beispielsweise einen Windmühlenschaft oder einen Pylon, ergänzt.
  • Nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird das Bauelement als Teil eines Gründungskörpers eingesetzt. Zweckmäßigerweise wird dann ein Gründungselement in den Hohlraum bzw. in das obere Ende des als primäres Gründungselement verwendeten Bauelementes eingebracht und in dieser Position fixiert. Die Fixierung wird vorzugsweise mit einem Bindemittel verwirklicht. Das Bauelement kann bei dieser zweiten Ausführungsform leichter und/oder kürzer ausgebildet sein als bei der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform. Das Bauelement ist aber zweckmäßigerweise ebenfalls ein schweres Rohr aus Metall oder Stahl-/Spannbeton. Es empfiehlt sich, dass das Gründungselement als Bauteil aus Stahl, Stahlbeton und/oder Spannbeton ausgeführt ist. Dabei kann das Gründungselement entweder monolitisch oder aus einzelnen vorgefertigten und verbundenen Ringelementen ausgebildet sein.
  • Nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung dient das Bauelement als Hohlraumsicherung bzw. Dübel für ein Gründungselement. Das Gründungselement wird dabei in den Hohlraum des Bauelementes eingebracht und dort fixiert. Vorzugsweise wird die Fixierung auch hier mit einem Bindemittel verwirklicht. Bei dieser Ausführungsform kann das Bauelement bzw. der Hohlkörper wesentlich leichter ausgebildet werden als bei den beiden zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Das Gründungselement ist auch hier zweckmäßigerweise als Bauteil aus Stahl, Stahlbeton oder Spannbeton monolitisch ausgebildet oder aus einzelnen vorgefertigten Elementen zusammengesetzt ausgeführt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann nach der Installation bzw. Verankerung des Bauelementes der Hohlraum des Bauelementes zumindest im unteren Teil mit dem gelösten Bodenmaterial bzw. Bohrgut ausgefüllt werden. Dadurch wird eine verbesserte Stabilität des Gründungskörpers gewährleistet und im Übrigen eine umweltgerechte Wiederverwendung des gelösten Bodenmaterials realisiert.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Gründung von Offshore-Anlagen erzeugt werden kann, wobei die ökologischen Belastungen und insbesondere unerwünschte Schallemissionen gegenüber den bekannten eingangs beschriebenen Maßnahmen beachtlich minimiert werden. Auch ist das erfindungsgemäße Verfahren von lokalen geologischen Verhältnissen weitgehend unabhängig. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Gründung zeichnet sich durch eine überraschend hohe Tragfähigkeit aus und zwar bei gleichzeitiger Reduzierung der Massen und Gewichte der in einem Arbeitsschritt einzubauenden Komponenten. Damit werden die bislang bestehenden Einschränkungen für die Größe von Offshore-Anlagen überwunden. Es ist auch darauf hinzuweisen, dass das erfindungsgemäße Verfahren mit relativ einfachen und wenig aufwendigen Maßnahmen arbeitet und somit verhältnismäßig kostengünstig realisiert werden kann.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
    • Figur 1
    eine erste Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    Figur 2
    eine zweite Phase des Verfahrens,
    Figur 3
    eine dritte Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    Figur 4
    eine vierte Phase,
    Figur 5
    eine fünfte Phase,
    Figur 6
    eine sechste Phase des Verfahrens,
    Figur 7a,b,c
    drei Ausführungsformen einer siebten Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens mit mehreren drei Teilphasen,
    Figur 8
    eine Draufsicht auf ein Bauelement mit daran fixierter Manipulationseinrichtung in Form einer Spannschellenkonstruktion und
    Figur 9
    einen Schnitt durch eine Ausführungsform eines Bauelementes mit innenseitig angeordneter Bohreinrichtung für das erfindungsgemäße Verfahren.
  • Die Figuren verdeutlichen das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Gründung für eine Offshore-Anlage, und zwar im Ausführungsbeispiel nach den Figuren für eine Offshore-Windkraftanlage.
  • In der in Figur 1 dargestellten ersten Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Bauelement 1 in Form eines rohrförmigen Hohlkörpers vorzugsweise zunächst schwimmend transportiert. Die schwimmende Position des Bauelementes 1 ist in der Figur 1 strichpunktiert dargestellt. Im Ausführungsbeispiel ist das Bauelement 1 als selbstschwimmender Hohlkörper ausgebildet und zwar mit im Inneren des rohrförmigen Hohlkörpers angebrachten, nicht näher dargestellten Schwimmtanks. Der Transport erfolgt im Ausführungsbeispiel im Übrigen mit zwei Schleppern 2. Es empfiehlt sich, dass das Bauelement 1 anschließend auf den Meeresboden 3 abgesenkt wird (in Figur 1 ausgezogen gezeichnet). Dazu werden zweckmäßigerweise die Schwimmtanks im Innern des Bauelementes 1 ballastiert. In dem auf den Meeresboden 3 abgesenkten Zustand kann das Bauelement 1 nach einer Ausführungsform zunächst zwischengelagert werden und erst zu einem späteren Zeitpunkt im Meeresboden verankert werden. Nach einer anderen Ausführungsform und im Ausführungsbeispiel wird das Bauelement 1 unmittelbar nach dem Absenken installiert.
  • Dazu wird gemäß der in Figur 2 dargestellten zweiten Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Versetzeinrichtung in Form einer Hubinsel 4 zum Installationsort des Bauelementes 1 überführt. Die Hubinsel 4 hat eine relativ zu Hubbeinen 5 in vertikaler Richtung bewegbare Hubinselplattform 6. Das auf dem Meeresboden 3 liegende Bauelement 1 wird dann an eine auf der Hubinsel 4 angeordnete Hebevorrichtung 7 angeschlossen.
  • Gemäß der in Figur 3 dargestellten dritten Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Bauelement 1 mit der Hebevorrichtung 7 in eine vertikale Position überführt. Das in der vertikalen Position befindliche Bauelement 1 wird anschließend in eine Manipulationseinrichtung 8 der Hubinsel 4 eingespannt. In der Figur 8 ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Manipulationseinrichtung 8 dargestellt. Hier weist die Manipulationseinrichtung 8 eine Spannschellenkonstruktion mit Spannschellen 9 zum Einspannen des Bauelementes 1 auf. In der Figur 8 ist auch deutlich erkennbar, dass im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung das Bauelement 1 einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und somit zylinderförmig ausgebildet ist. Das Einspannen des Bauelementes 1 in der Manipulationseinrichtung 8 erfolgt bevorzugt und im Ausführungsbeispiel (Figur 3) am oberen Ende des Bauelementes 1.
  • Die Figur 4 zeigt die vierte Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hier wird das Bauelement 1 mit der an zumindest einer Führungsschiene 10 der Hubinsel 4 vertikal verfahrbaren Manipulationseinrichtung 8 zum Meeresboden 3 hingeführt. Mit andern Worten wird das untere Ende des Bauelementes 1 auf dem Meeresboden 3 abgestellt. Dabei kann nach einer Ausführungsform der Erfindung kurz vor Erreichen des Meeresbodens 3 das Bauelement 1 in der Manipulationseinrichtung 8 mit der Maßgabe gelöst werden, dass das Bauelement 1 unter seinem Eigengewicht vertikal nach unten zum Meeresboden 3 sinkt und gegebenenfalls in den Meeresboden 3 einsinkt. Anschließend erfolgt das Bohren des Bohrloches 11 für das Einbringen des Bauelementes 1 in den Meeresboden 3 mit einer Bohreinrichtung 12. Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Bohreinrichtung 12 ist in der Figur 9 schematisch dargestellt. Darauf wird weiter unten noch eingegangen.
  • Das Bohrloch 11 wird sukzessive entsprechend dem Durchmesser des Bauelementes 1 in den Meeresboden 3 gebohrt. Dabei wird das Bauelement 1 mit Hilfe der an der Führungsschiene 10 vertikal verfahrbaren Manipulationseinrichtung 8 nachgeführt. Das Bauelement 1 wird zweckmäßigerweise sowohl bezüglich der horizontalen Richtung als auch bezüglich der vertikalen Richtung von der Manipulationseinrichtung 8 geführt bzw. gehalten. In der in Figur 5 dargestellten fünften Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde bereits die Endtiefe des Bauelementes 1 erreicht und die Manipulationseinrichtung 8 ist in dieser Phase noch am oberen Ende des Bauelementes 1 angeschlossen.
  • Gemäß der in Figur 6 dargestellten sechsten Phase wird die Führungsschiene 10 mit der am unteren Ende der Führungsschiene 10 angeordneten Manipulationseinrichtung 8 nach oben verfahren. - Das Bohrloch 11 wird im Übrigen mit Überschnitt gebohrt, sodass der Durchmesser des Bohrloches 11 etwas größer ist als der Außendurchmesser des Bauelementes 1. Der dabei resultierende Rinspalt 13 zwischen dem Bauelement 1 und der Bohrlochwandung wird nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit einem Schmiermittel, das beim Bohrvorgang flüssig bis zähflüssig ist und nach Beendigung des Bohrvorgangs aushärtet, verpresst.
  • Die Figuren 7a, 7b und 7c zeigen jeweils Teilphasen für drei unterschiedliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Bei der Ausführungsform gemäß Figur 7a ist zunächst das Bauelement 1 entsprechend den vorab beschriebenen Phasen eingebracht worden. Es ist in diesem Fall so lang, dass es über dem Meeresspiegel 25 hinausragt. Daher ist die Anordnung eines weiteren Gründungselementes nicht erforderlich und der Verbindungsabschnitt 17 (Transition Piece) kann in der zweiten Teilphase direkt auf das Bauelement 1 aufgesetzt, ausgerichtet und fixiert werden. In der dritten Teilphase der Figur 7a werden dann der Mast 18 sowie die übrigen Komponenten der Windkraftanlage, wie Rotor 19 etc. auf den Verbindungsabschnitt 17 aufgebracht.
  • Die Figur 7b zeigt vier Teilphasen einer weiteren Vorgehensweise. Dabei wird das Bauelement 1 als Steckelement für das Gründungselement eingesetzt. Es wird ein Gründungselement in Form eines Monopiles 15 in das obere Ende des Bauelementes 1 eingebracht. Dabei greift der Monopile 15 mit einem unteren Schaftabschnitt 16 in das hohle obere Ende des Bauelementes 1 ein. Der Monopile 15 wird zweckmäßigerweise mit Hilfe eines Bindemittels an dem Bauelement 1 fixiert. Daraufhin wird in der dritten Teilphase der Figur 7b ein Verbindungsabschnitt 17 auf den Monopile 15 aufgesetzt, ausgerichtet und an diesem fixiert. In der vierten Teilphase der Figur 7b wird dann der Mast 18 sowie die übrigen Komponenten der Windkraftanlage, wie Rotor 19 etc. auf den Verbindungsabschnitt 17 aufgebracht.
  • Bei der Ausführungsform nach Figur 7c wird das Bauelement 1 als verlorene Schalung genutzt. In der zweiten Teilphase wird ein Gründungselement in Form eines Monopiles 15 in den Hohlraum des Bauelementes 1 eingebracht und fixiert. In der dritten Teilphase wird der Verbindungsabschnitt 17 auf den Monopile 15 aufgesetzt, ausgerichtet und fixiert. In der vierten Teilphase werden dann der Mast 18 sowie die übrigen Komponenten der Windkraftanlage, wie Rotor 19 etc. wie vorstehend beschrieben auf den Verbindungsabschnitt 17 aufgebracht.
  • Bei einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform, basierend auf der Ausführungsform nach Figur 7c, wird auf die Verwendung des Verbindungsabschnittes 17 (Transition Piece) verzichtet. Dieser Verbindungsabschnitt 17 dient in erster Linie dazu, Lageungenauigkeiten des Gründungskörpers auszugleichen. Er wird auf dem Gründungskörper so ausgerichtet und fixiert, dass der daran anschließende Mast exakt in Soll-Lage, insbesondere bezüglich seiner vertikalen Ausrichtung, montiert werden kann. Wird der Gründungskörper wie zuvor beschrieben in einen zuvor hergestellten Hohlraum eingesetzt, kann er selbst exakt ausgerichtet werden. Der Mast kann dann direkt an den mit einem entsprechenden oberen Ende ausgerüsteten Gründungskörper montiert werden. Die Verwendung eines separaten Verbindungsabschnittes 17 (Transition Piece) ist nicht erforderlich. Das "Transition Piece" ist sozusagen in den Gründungskörper integriert.
  • Die Figur 9 veranschaulicht eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hier ist der größte Teil der Komponenten der Bohreinrichtung 12 in dem Hohlraum 20 des Bauelementes 1 aufgenommen. So ist insbesondere der Bohrantrieb 21 der Bohreinrichtung 12 in diesem Hohlraum 20 angeordnet. Lediglich der Bohrkopf 22 ragt aus dem unteren Ende des Bauelementes 1 in das Bohrloch 11. Der Bohrkopf 22 mag hier ein nicht näher dargestelltes Schneidrad für ein Bohren im Vollschnitt-Verfahren aufweisen. Durch das rotierende Schneidrad wird Bodenmaterial im Bohrloch 11 gelöst und anschließend abgefördert. Eine weitere nicht dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht den Bodenabbau im Teilschnittverfahren vor. Dabei erfolgt der Abbauvorgang mit einer an einem beweglichen Arm rotierenden und mit Abbauwerkzeugen bestückten Schneid/- Schrämwalze. Nach besonders bevorzugter Ausführungsform und passend zu beiden vorab beschriebenen Verfahrensvarianten wird das beim Bohrvorgang gelöste Bodenmaterial durch den Hohlraum 20 des Bauelementes 1 nach oben abgefödert. In der Figur 9 ist die entsprechende Förderleitung 23 schematisch dargestellt.
  • Figur 9 zeigt weiterhin, dass der Hohlraum 20 des Bauelementes 1 mit Flüssigkeit 24 gefüllt ist. Dabei füllt die Flüssigkeit 24 den Hohlraum 20 mit einem im Vergleich zum Meeresspiegel 25 erhöhten Flüssigkeitsstand. Dadurch werden die Wandungen des Bohrloches 11 hydraulisch gestützt, um einen Zusammenfall der Bohrlochwandungen zu verhindern. Mit Hilfe der Flüssigkeit 24 kann das beim Bohren gelöste Bodenmaterial im Übrigen hydraulisch über die Förderleitung 23 abgefördert werden, und zwar vorzugsweise im Rahmen eines in der Figur 9 nicht näher dargestellten hydraulischen Förderkreislaufes. Nach Beendigung des Bohrvorganges wird vorzugsweise die gesamte Bohreinrichtung 12 mit Förderleitung 23 zurückgebaut bzw. über den Hohlraum 20 aus dem Bauelement 1 entfernt. Bei der Flüssigkeit 24 kann es sich im Übrigen um eine Stützsuspension handeln. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die im Ringspalt 13 zwischen Bauelement 1 und Bohrlochwandung verbleibende Stützsuspension entfernt wird, sofern sie nicht aushärtend ist (1-Phasen-Lösung). Dazu wird in nicht näher dargestellter Weise bevorzugt Mörtel über den Hohlraum 20 des Bauelementes 1 von unten in den Ringspalt 13 eingepresst. Die Stützsuspension auf Basis von Bentonit wird dann nach oben verdrängt und bevorzugt mit einem über dem Ringspalt 13 angeordneten Auffangring 26 aufgefangen und entfernt. Der Mörtel erhärtet im Ringspalt 13 und fixiert das Bauelement 1 so in seiner Lage.

Claims (17)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Gründung für eine Offshore-Anlage, insbesondere für eine Offshore-Windkraftanlage, wobei ein Bauelement (1) in Form eines rohrförmigen Hohlkörpers mit Hilfe einer Manipulationseinrichtung (8) in einer vertikalen bzw. in einer im Wesentlichen vertikalen Position gehalten wird,
    wobei das Bauelement (1) dann mit seinem unteren Ende auf den Meeresboden (3) abgesenkt wird, wobei anschließend an dem unteren Ende des Bauelementes (1) mit einer Bohreinrichtung (12) ein Bohrloch (11) in den Meeresboden (3) gebohrt wird und das Bauelement (1) - entsprechend dem Bohrfortschritt - in dem Bohrloch (11) abgesenkt wird,
    wobei das Bauelement (1) nach Erreichen seiner Endtiefe im Bohrloch (11) fixiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Bauelement (1) schwimmend zum Einsatzort bzw. Installationsort transportiert wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Manipulationseinrichtung (8) an einer Versetzeinrichtung angeschlossen bzw. angeordnet ist und wobei die Versetzeinrichtung vorzugsweise mit Hubbeinen (5) auf dem Meeresboden (3) abgestützt und positioniert wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Bauelement (1) in seiner in Bezug auf seine Höhe (h) oberen Hälfte, vorzugsweise im oberen Viertel von der Manipulationseinrichtung (8) gehalten wird und wobei die Manipulationseinrichtung (8) bevorzugt Spannelemente aufweist, zwischen denen das Bauelement (1) eingespannt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Manipulationseinrichtung (8) beim Absenken des Bauelement (1) in das Bohrloch (11), das Bauelement (1) in seiner Position haltend, in Richtung Meeresboden (3) nachgeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Bohreinrichtung (12) zumindest zum Teil in dem Hohlraum (20) des Bauelementes (1) aufgenommen ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Wandungen des Bohrloches (11) hydraulisch gestützt werden, beispielsweise durch Einsatz einer im Bohrloch (11) bzw. im Hohlraum (20) des Gründungselementes (1) angeordneten Stützsuspension oder durch Seewasser.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei im Vollschnitt-Verfahren gebohrt wird und wobei hierzu vorzugsweise ein am unteren Ende des Bauelementes (1) installiertes Schneidrad eingesetzt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei im Teilschnitt-Verfahren gebohrt wird und wobei hierzu vorzugsweise eine an einem Schwenkarm rotierende Schrämwalze oder ähnliches eingesetzt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das beim Bohrvorgang gelöste Bodenmaterial durch den Hohlraum (20) des Bauelementes (1) nach oben abgefördert wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei ein Bauelement (1) mit einem äußeren Mantel und einem inneren Mantel eingesetzt wird und wobei zwischen äußerem und innerem Mantel zumindest eine Hohlkammer angeordnet ist, die geflutet und/oder gelenzt werden kann.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei in den Spalt bzw. Ringspalt (13) zwischen dem Bauelement (1) und der Bohrlochwandung ein Schmiermittel eingebracht wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei ein Schmiermittel eingesetzt wird, das beim Bohrvorgang flüssig bzw. zähflüssig ist und nach Beendigung des Bohrvorganges aushärtet.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Spalt bzw. Ringspalt (13) zwischen dem Bauelement (1) und der Bohrlochwandung nach Abschluss des Bohrvorganges mit einem Verfüllmaterial, vorzugsweise mit einem hydraulisch abbindenden Verfüllmaterial verpresst wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei nach Abschluss des Bohrvorganges zumindest ein Teil der Komponenten der Bohreinrichtung (12) zurückgebaut wird und insbesondere zumindest ein Teil von im Hohlraum (20) des Bauelementes (1) aufgenommenen Komponenten der Bohreinrichtung (12) zurückgebaut wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Bauelement (1) als primäres Gründungselement eingesetzt wird und wobei ein Sekundär-Gründungselement in das obere Ende des Bauelementes (1) eingebracht wird und in dieser Position am Bauelement (1) fixiert wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Bauelement (1) als Hohlraumsicherung für ein Gründungselement eingesetzt wird und wobei das Gründungselement in den Hohlraum des Bauelementes (1) eingeführt wird.
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