EP3196363B1 - Anordnung und verfahren zur installation von offshore-fundamenten - Google Patents

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EP3196363B1
EP3196363B1 EP16152036.6A EP16152036A EP3196363B1 EP 3196363 B1 EP3196363 B1 EP 3196363B1 EP 16152036 A EP16152036 A EP 16152036A EP 3196363 B1 EP3196363 B1 EP 3196363B1
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EP
European Patent Office
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ballast
foundation body
anchor
cable
assembly according
Prior art date
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Active
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EP16152036.6A
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English (en)
French (fr)
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EP3196363A1 (de
Inventor
Dominik Schwegmann
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RWE Renewables Services GmbH
Original Assignee
EOn Climate and Renewables GmbH
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Publication date
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Priority to DK16152036.6T priority patent/DK3196363T3/en
Priority to EP16152036.6A priority patent/EP3196363B1/de
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to an arrangement and a method for installing offshore foundations, in particular of offshore foundations for wind turbines and substations.
  • the invention has for its object to provide an arrangement and a method for installing offshore foundations, in which the disadvantages known from the prior art no longer occur or only to a lesser extent.
  • the invention relates to an arrangement for the installation of offshore foundations comprising a buoyant foundation body with at least one, in the floating state air-filled ballast chamber which is filled to lower the foundation body with ballast, wherein at least one arranged on the ground in the region of the desired installation location of the foundation body anchor and at least one cable pull device is provided, wherein each of the at least one cable pull device is designed to hold a pull cable guided between a common or separate armature (s) and the foundation body during the lowering of the foundation body in such a way under tension that the floating stability is increased Tensile force acts on the foundation body.
  • the invention relates to a method for installing offshore foundations with an inventive arrangement, wherein the at least one pull rope is tensioned during the lowering of the foundation body by the cable pulling device to a predetermined nominal tension.
  • a sufficient floating stability of the foundation body during the lowering operation is achieved in the at least one traction cable due to the at least one cable pulling device permanently maintained tensile stress.
  • the foundation body is permanently pulled down by a pulling force, whereby the point of application for the buoyancy force from an otherwise equilibrium position with the point of application for the weight force in the direction opposite to that through the at least one pull rope in the foundation body introduced tensile force is shifted, so that the foundation body, taking into account the one or more points at which the at least one pull rope acts on the foundation body, stable aligns.
  • the present invention provided at least one pull rope does not have to overcome the buoyancy force of the foundation body itself in air-filled ballast chambers. Rather, the actual lowering process, as already known from the prior art, by filling the air-filled ballast chamber with ballast, such as water, sand or concrete.
  • ballast such as water, sand or concrete.
  • the tensile force to be applied by the at least one pull rope or the cable pull device therefore only has to be sufficient to be able to ensure the above-described stabilization of the floating position of the foundation body during the lowering process.
  • the foundation body at the by the anchor predetermined position is installed.
  • the foundation body is guided towards the at least one anchor.
  • the at least one armature is located at the desired position for the foundation body, it is ensured in the arrangement according to the invention that the foundation body actually also comes to rest at the desired position.
  • At least one anchor is a ballast anchor comprising a ballast body.
  • a "ballast anchor” is an anchor whose anchor effect is based essentially on its weight or the weight of the ballast body.
  • the ballast anchor is in the state of use so only on the ground and in particular has no flukes to dig into the ground or to wedge there.
  • the ballast anchor can preferably be kept at a distance from the base by the at least one pull rope on the floating foundation body and be discharged from there via the at least one cable pull device.
  • the ballast anchor can first be carried along with the floating base body, while it is floating independently, for example, from a port to the final installation site. At the desired installation location, the ballast anchor can then be lowered to the bottom.
  • backwater - that is at standstill of tidal current - and calm weather
  • a ballast anchor has a maximum vertical anchor retention force for vertical tension on the anchor, in the simplest case correlated directly with the weight of the ballast anchor.
  • the starting from the at least one cable pulling device during the lowering of the foundation body by the tension in the at least one pull rope acting on the ballast anchor vertical tension is less than the maximum vertical anchor holding force to choose, otherwise the ballast anchor would be raised.
  • the ballast anchor preferably has at least one ballast-filled ballast chamber and / or ballast trough. If these ballast chambers and / or ballast tubs, for example, after the ballast anchor has been discharged to the ground with ballast, (eg. Water, sand or concrete) filled, thereby the weight of the ballast anchor and thus its maximum Vertikalankerhaltekraft be increased.
  • ballast eg. Water, sand or concrete
  • the ballast anchor has a circumferential skirt and a negative pressure module on its underside formed to rest on the ground, the negative pressure module being designed to generate a negative pressure during or after the ballast anchor has been deposited on the ground between ballast anchor and ground within the skirt , If a corresponding negative pressure is generated, the ballast anchor is sucked to the bottom in accordance with the suction-bucket principle. This also allows the maximum vertical anchor holding force of a ballast anchor can be increased.
  • the vacuum module may be a pump. But it may also be sufficient to provide as a negative pressure module, a check valve whose passage direction leads from the bottom inside the skirt to an area outside the apron.
  • the ballast armature preferably has, on its upper side facing the foundation body, a shaping centering the foundation body, which cooperates with a correspondingly inverted shape of the foundation body at its underside facing the ballast anchor.
  • the ballast anchor can have a conical elevation on its upper side, which can cooperate with a conical depression in the foundation body. The accuracy of the positioning of the foundation body at the predetermined by the ballast anchor position can be improved.
  • the ballast anchor may preferably have a connecting element on its upper side facing the foundation body, with which the ballast anchor can be fastened to the foundation body after complete lowering of the foundation body such that at least part of the weight of the ballast anchor is introduced into the foundation body via the connection element. This ensures that after the lowering of the foundation body, whereby the ballast anchor is no longer needed as an aid for the draining, but whose mass can contribute at least partially as an additional weight in securing the foundation body.
  • At least one of the anchors may be a ground anchor or grout anchor.
  • a corresponding anchor can be installed in the well known manner at the bottom to be subsequently used in the arrangement according to the invention.
  • the at least one armature has a deflection roller for the passage of the pull rope as a loose roller for each pull cable guided over it. If the anchor has one or more corresponding deflection rollers, a pull rope can be guided from the foundation body on the pulley on the armature to the cable device, which reduces the force required by the cable pulling device to produce the desired tension, in particular halved.
  • a lifting means distributing the carrying capacity of the pull rope is provided between a pull rope and the anchor.
  • a corresponding stop means which, for example, can resemble a lifting harness, the floating stability of the ballast anchor can be improved during its lowering - especially if only one pull rope is provided.
  • the cable pulling device is a ship which moves away from the anchor to tension the pull rope.
  • at least one of the at least one cable pulling device is a winch.
  • the winch is preferably attached to the foundation body itself.
  • At least three tension cables spaced apart in the area between the foundation body and the armature are provided. By providing at least three tension cables, the position of the foundation body during the lowering can be controlled controlled.
  • the foundation body preferably has a plurality of ballast chambers which can be filled separately with ballast, wherein the ballast chambers may be formed in the foundation body itself or in buoyancy bodies connected to the foundation body. If a plurality of ballast chambers, which can be filled separately with ballast, are provided, it is possible to better control the position of the foundation body during the lowering process. If the ballast chambers are provided in separate buoyancy bodies, the separate buoyancy bodies can be removed after successful draining of the foundation body and subsequently reused.
  • a control unit is preferably provided which is designed to control the filling of the at least one ballast chamber of the foundation body and / or the at least one cable pulling device such that during the lowering process of the foundation body the at least one tension cable is below a predetermined desired tensile stress.
  • the foundation body is designed for surface foundation or deep foundation and / or the foundation body is produced in concrete, steel or hybrid construction.
  • the foundation takes place solely on the basis of the weight of the foundation body and, if applicable, its ballast and / or a ballast anchor fastened thereto, while piles are driven into the soil with which the foundation body is fastened to the ground for deep foundation.
  • FIG 1a-d a first embodiment of an inventive arrangement 1 for the installation of offshore foundations is shown.
  • the arrangement 1 comprises a buoyant foundation body 10 with a plurality of ballast chambers 11.
  • the ballast chambers 11 are filled with air in the floating state, but can be filled with ballast to lower the foundation body 1.
  • the arrangement 1 furthermore comprises a ballast armature 20 with a ballast chamber 21 arranged in a ballast body.
  • the ballast chamber 21 is designed such that even in the air-filled state, the weight of the ballast armature 20 is greater than the buoyancy force of the ballast armature 20.
  • the ballast armature 20 is connected via a traction cable 30 with a arranged on the foundation body 10 winch 40 and can thus be held in a position spaced from the base 90 to the foundation body 10, as shown in Figure la. As a result, the foundation body 10 can be moved together with the ballast anchor 20 by a transport ship 91 to the desired installation site.
  • the ballast anchor 20 is lowered by means of the winch 40 onto the base 90 (see FIG. 1b), the discharge preferably taking place during backwater and calm weather.
  • the ballast armature 20 during the lowering process starts to roll, on the one hand to choose the lowering speed correspondingly low.
  • a stop means 31 in the form of a lifting harness with which the tensile force of the traction cable 30 is distributed to a plurality of connection points on the ballast armature 20.
  • ballast chamber 21 of the ballast armature 20 is filled with ballast so as to increase the weight of the ballast armature 20.
  • FIG. 1b indicated, in which the ballast chamber 21 is already partially filled.
  • the foundation body 10 is drained, in which the ballast chambers 11 of the foundation body 10 are filled with ballast (see Figure 1c ).
  • the pull cable 30 is held under tension by the cable winch 40 in such a way that a tensile force acts in the direction of the base 90 on the foundation body 10, which contributes to increasing the floating stability.
  • this pulling force is less than the maximum vertical anchor holding force of the ballast anchor 20 to ensure that it does not come off the ground 90.
  • inventive arrangement 1 ensures that the foundation body 10 is installed at the predetermined position by the ballast anchor 20 (see Figure 1d ).
  • Ballastanker 20 and foundation body 10 have a centering shape with which the relative position of the two components to each other in the installation state of the foundation body ( Figure 1d ). This centering design is in FIGS. 2a-b shown in more detail.
  • the ballast armature 20 has on its, the foundation body 10 facing top 22 a cone-shaped elevation 23. At the same time, the foundation body 10 at its, the ballast armature 20 facing bottom 12 has a corresponding cone-shaped recess 13.
  • the conical surfaces 13, 23 act as centering surfaces when approaching the foundation body 10 to the ballast anchor 20 during the last phase of lowering the foundation body 10.
  • FIG. 3 a further embodiment of an arrangement according to the invention is shown. Since this embodiment, in particular with respect to the feasible installation process substantially with that of FIGS. 1a-d matches and also in connection with FIGS. 2a-b has explained design, reference is made to the explanation there for explanation. In the following, only the differences from the above will be discussed.
  • each of the three tension cables 30 has its own independently controllable winch 40, which are uniformly distributed over the circumference of the foundation body 10.
  • a guide roller 24 is provided for each of the traction cables 30.
  • the traction cables 30 are each guided by a deflection roller 24 and fastened with their remote from the winch 40 end directly on the foundation body 10.
  • the ballast armature 20 has on its underside 25 designed to rest on the base 90, a circumferential skirt 26.
  • a pump is provided as a negative pressure module 27, with the after placing the ballast armature 20 on the base 90 within the skirt 26, a negative pressure between ballast anchor 20 and ground 90 can be generated so as to increase the Vertikalankerhaltekraft the ballast armature 20.
  • the ballast anchor 20 On its upper side 22 facing the foundation body 10, the ballast anchor 20 has a connection element 28. With this connecting element 28, the ballast anchor can be fastened to the foundation body 10 after it has been lowered such that at least part of the weight of the ballast anchor 20 is introduced into the foundation body 10 via the connection element 28. The weight of the ballast anchor 20 may then contribute at least partially as an additional weight to secure the foundation body 10.
  • the lowering process of the foundation body 10 can be very precisely controlled via a control unit, not shown, in particular undesirable changes in position of the foundation body 10 can be counteracted. If the foundation body 10 has separately ballast chambers 11 which can be filled with ballast, the control unit can also control the filling of the individual ballast chambers 11 during the lowering process.
  • FIG. 4 a further embodiment of an arrangement 1 according to the invention is shown, which basically in the embodiment according to the FIGS. 1a-d oriented. In the following, therefore, only the differences from this embodiment will be discussed, while otherwise reference is made to the above statements.
  • a ground anchor 20 ' is provided, which is fixed in the known manner in the base 90 and has a deflection roller 24. About this guide roller 24, a pull cable 30 is guided, which is fixedly connected at its one end to the foundation body 10. At its other end, the pull rope is attached to a towboat 40 '.
  • the towboat 40 'so removed from the installation site for the foundation body 10 that the pull cable 30 is always below a predetermined tension.
  • the foundation body 10 is formed for surface formation. It is but of course also possible that the foundation body 10 is formed for deep foundation and, for example, has quiver for receiving foundation piles.
  • the foundation body 10 may be made in concrete, steel or hybrid construction. As a ballast, for example, water, sand or concrete can be used.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Installation von Offshore-Fundamenten, insbesondere von Offshore-Fundamenten für Windenergieanlagen und Umspannplattformen.
  • Im Stand der Technik sind verschiedene Techniken bekannt (wie z.B. aus Dokument DE-A1-102012021001 ), Offshore-Fundamente für Windenergieanlagen zu errichten. Unter anderem ist es bekannt, ein an Land vorgefertigtes Fundamentbauteil mithilfe von daran befestigten Auftriebskörpern schwimmend zum letztendlichen Verwendungsort zu transportieren wird. Am Verwendungsort wird das Fundament dann abgelassen und - sofern es nicht bereits aufgrund seiner Masse eine ausreichende Gründung liefert - ggf. mit Gründungspfählen gesichert. Da Offshore-Fundamente aus dem Stand der Technik insbesondere während des Ablassens über keine ausreichende Schwimmstabilität verfügen, ist das Ablassen eines entsprechenden Fundaments nur unter Einsatz einer Krankonstruktion möglich. Der Einsatz dafür geeigneter Schwerlastschwimmkräne ist jedoch äußerst kostenintensiv und aufgrund der begrenzten Verfügbarkeit entsprechender Schwimmkräne auch nicht beliebig möglich. Weiterhin ist bekannt, die Schwimmstabilität durch spezielle Geometrien oder die Verwendung bestimmter Materialen zu verbessen, was jedoch regelmäßig aufwendig und kostenintensiv ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und ein Verfahren zur Installation von Offshore-Fundamenten zu schaffen, bei dem die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile nicht mehr oder nur noch in vermindertem Umfang auftreten.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Anordnung gemäß dem Hauptanspruch sowie einem Verfahren gemäß dem nebengeordneten Anspruch 15. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Demnach betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Installation von Offshore-Fundamenten umfassend einen schwimmfähigen Gründungskörper mit wenigstens einer, im Schwimmzustand luftgefüllten Ballastkammer, die zum Absenken des Gründungskörpers mit Ballast befüllbar ist, wobei wenigstens ein auf dem Grund im Bereich des gewünschten Installationsortes des Gründungskörpers angeordneter Anker und wenigstens eine Seilzugvorrichtung vorgesehen ist, wobei jede der wenigstens einen Seilzugvorrichtung dazu ausgebildet ist, jeweils ein zwischen einem gemeinsamen oder jeweils gesonderten Anker(n) und dem Gründungskörper geführtes Zugseil während des Absenken des Gründungskörpers derart unter Zugspannung zu halten, dass eine die Schwimmstabilität erhöhende Zugkraft auf den Gründungskörper wirkt.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Installation von Offshore-Fundamenten mit einer erfindungsgemäßen Anordnung, wobei das wenigstens eine Zugseil während des Absenkvorgangs des Gründungskörpers durch die Seilzugvorrichtung auf eine vorgegebene Sollzugspannung gespannt wird.
  • Durch das erfindungsgemäß vorgesehene wenigstens eine Zugseil, welches zwischen dem Gründungskörper und einem Anker gespannt ist und während des Absenkvorgangs unter Zugspannung gehalten wird, werden verschiedene Vorteile erreicht.
  • Zum einen wird aufgrund der durch die wenigstens eine Seilzugvorrichtung dauerhaft aufrechterhaltene Zugspannung im wenigstens einen Zugseil eine ausreichende Schwimmstabilität des Gründungskörpers während des Absenkvorgangs erreicht. Indem das wenigstens eine Zugseil nämlich unter Spannung gehalten wird, wird der Gründungskörper dauerhaft durch eine Zugkraft nach unten gezogen, womit der Angriffspunkt für die Auftriebskraft aus einer sich ansonsten einstellenden Gleichgewichtslage mit dem Angriffspunkt für die Gewichtskraft in Richtung entgegengesetzt zu der durch das wenigstens eine Zugseil in den Gründungskörper eingebrachten Zugkraft verschoben wird, sodass sich der Gründungskörper unter Berücksichtigung des oder der Punkte, an denen das wenigstens eine Zugseil am Gründungskörper angreift, stabil ausrichtet. Dabei ist zu beachten, dass das erfindungsgemäß vorgesehene wenigstens eine Zugseil die bei luftgefüllten Ballastkammern bestehende Auftriebskraft des Gründungskörpers selbst nicht überwinden muss. Vielmehr erfolgt der eigentliche Absenkvorgang, wie auch bereits aus dem Stand der Technik bekannt, durch das Füllen der luftgefüllten Ballastkammer mit Ballast, wie beispielsweise Wasser, Sand oder Beton. Die von dem wenigstens einem Zugseil bzw. der Seilzugvorrichtung aufzubringende Zugkraft also muss lediglich ausreichend sein, die vorbeschriebene Stabilisierung der Schwimmlage des Gründungskörpers während des Absenkvorgangs sicherstellen zu können.
  • Darüber hinaus wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung sichergestellt, dass der Gründungskörper an der durch den Anker vorgegebenen Position installiert wird. Indem das wenigstens eine Zugseil durch die Seilzugvorrichtung während des Absenken des Gründungskörpers unter Zugspannung gehalten wird, erfolgt eine Führung des Gründungskörpers hin zu dem wenigstens einen Anker. Befindet sich also der wenigstens eine Anker an der gewünschten Position für den Gründungskörper, ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung sichergestellt, dass der Gründungskörper auch tatsächlich an der gewünschten Position zu liegen kommt.
  • Es ist bevorzugt, wenn wenigstens ein Anker ein Ballastanker umfassend ein Ballastkörper ist. Bei einem "Ballastanker" handelt es sich um einen Anker, dessen Ankerwirkung im Wesentlichen auf seinem Gewicht bzw. dem Gewicht des Ballastkörpers beruht. Der Ballastanker liegt im Verwendungszustand also lediglich auf dem Grund auf und weist insbesondere keine Flunken auf, um sich in den Boden einzugraben oder dort zu verkeilen. Der Ballastanker kann vorzugsweise durch das wenigstens eine Zugseil am schwimmenden Gründungskörper vom Grund beabstandet gehalten und von dort über die wenigstens eine Seilzugvorrichtung abgelassen werden. In anderen Worten kann der Ballastanker zunächst mit dem schwimmenden Grundkörper mitgeführt werden, während dieser eigenständig schwimmend bspw. aus einem Hafen zum letztendlichen Installationsort verbracht wird. Am gewünschten Installationsort kann der Ballastanker dann auf den Grund herabgelassen werden. Insbesondere bei der Ausnutzung von Stauwasser - also bei Stillstand der Gezeitenströmung - und ruhigem Wetter kann die Position auf dem Grund, an dem der Ballastanker zu liegen kommt, gut über die Positionierung des schwimmenden Gründungskörpers beeinflusst werden.
  • Ein Ballastanker weist für einen vertikalen Zug am Anker eine maximale Vertikalankerhaltekraft auf, die im einfachsten Fall unmittelbar mit der Gewichtskraft des Ballastankers korreliert. Der ausgehend von der wenigstens einen Seilzugvorrichtung während des Absenken des Gründungskörpers durch die Zugspannung in dem wenigstens einen Zugseil auf den Ballastanker einwirkende vertikale Zugkraft ist geringer als die maximale Vertikalankerhaltekraft zu wählen, da ansonsten der Ballastanker angehoben werden würde.
  • Der Ballastanker weist vorzugsweise wenigstens eine mit Ballast befüllbare Ballastkammer und/oder Ballastwanne auf. Werden diese Ballastkammern und/oder Ballastwannen bspw. nach erfolgtem Ablassen des Ballastankers auf den Grund mit Ballast, (bspw. Wasser, Sand oder Beton) gefüllt, kann dadurch das Gewicht des Ballastankers und somit dessen maximale Vertikalankerhaltekraft erhöht werden.
  • Es ist bevorzugt, wenn der Ballastanker auf seiner zum Aufliegen auf dem Grund ausgebildeten Unterseite eine umlaufende Schürze und ein Unterdruckmodul aufweist, wobei das Unterdruckmodul zum Erzeugen eines Unterdrucks beim oder nach dem Ablegen des Ballastankers auf dem Grund zwischen Ballastanker und Grund innerhalb der Schürze ausgebildet ist. Wird ein entsprechender Unterdruck erzeugt, erfolgt ein Ansaugen des Ballastankers an den Grund nach dem Suction-Bucket-Prinzip. Auch hierdurch kann die maximale Vertikalankerhaltekraft eines Ballastankers erhöht werden. Bei dem Unterdruckmodul kann es sich um eine Pumpe handeln. Es kann aber auch ausreichend sein, als Unterdruckmodul ein Rückschlagventil vorzusehen, dessen Durchlassrichtung von der Unterseite innerhalb der Schürze zu einem Bereich außerhalb der Schürze führt.
  • Vorzugsweise weist der Ballastanker auf seine dem Gründungskörper zugewandten Oberseite einen den Gründungskörper zentrierende Formgebung auf, die mit einer entsprechend invertierten Formgebung des Gründungskörper an dessen dem Ballastanker zugewandten Unterseite zusammenwirkt. Bspw. kann der Ballastanker an seiner Oberseite eine konusförmige Erhebung aufweisen, die mit einer konusförmigen Vertiefung im Gründungskörper zusammenwirken kann. Die Genauigkeit der Positionierung des Gründungskörpers an der durch den Ballastanker vorgegebenen Position kann dadurch verbessert werden.
  • Der Ballastanker kann auf seiner dem Gründungskörper zugewandten Oberseite vorzugsweise ein Verbindungselement aufweisen, mit dem der Ballastanker nach vollständigen Absenken des Gründungskörper derart an diesem befestigbar ist, dass wenigstens ein Teil der Gewichtskraft des Ballastankers über das Verbindungselement in den Gründungskörper eingeleitet wird. Dadurch wird erreicht, dass nach erfolgtem Absenken des Gründungskörpers, womit der Ballastanker als Hilfsmittel für das Ablassen nicht mehr benötigt wird, dessen Masse aber wenigstens teilweise als zusätzliches Gewicht bei der Sicherung des Gründungskörpers beitragen kann.
  • Alternativ zu einem Ballastanker, kann wenigstens einer der Anker ein Erdanker oder Verpressanker sein. Ein entsprechender Anker kann auf bekannte Art und Weise am Grund installiert werden, um anschließend bei der erfindungsgemäßen Anordnung verwendet zu werden.
  • Es ist bevorzugt, wenn der wenigstens eine Anker für jedes über diesen geführte Zugseil eine Umlenkrolle zur Durchführung des Zugseils als lose Rolle aufweist. Weist der Anker eine oder mehrere entsprechende Umlenkrollen auf, kann ein Zugseil vom Gründungskörper über die Umlenkrolle am Anker zur Seilzugvorrichtung geführt werden, womit sich die von der Seilzugvorrichtung benötigte Kraft zur Herstellung der gewünschten Zugspannung verringert, insbesondere halbiert.
  • Vorzugsweise ist zwischen einem Zugseil und dem Anker ein die Tragkraft des Zugseils verteilendes Anschlagmittel vorgesehen. Durch ein entsprechendes Anschlagmittel, welches bspw. einem Hebegeschirr ähneln kann, kann - insbesondere wenn nur ein Zugseil vorgesehen ist - die Schwimmstabilität des Ballastankers während seines Absenkens verbessert werden.
  • Es ist möglich, dass es sich bei der Seilzugvorrichtung um ein Schiff, welches sich zum Spannen des Zugseils vom Anker wegbewegt, handelt. Es ist aber bevorzugt, wenn wenigstens eine der wenigstens einen Seilzugvorrichtung eine Seilwinde ist. Die Seilwinde ist dabei vorzugsweise an dem Gründungskörper selbst befestigt.
  • Weiterhin ist bevorzugt, wenn wenigstens drei im Bereich zwischen Gründungskörper und Anker voneinander beabstandete Zugseile vorgesehen sind. Durch das Vorsehen von wenigstens drei Zugseilen kann die Lage des Gründungskörpers während des Absenkens kontrolliert gesteuert werden.
  • Der Gründungskörper weist vorzugsweise mehrere voneinander separat mit Ballast befüllbare Ballastkammern auf, wobei die Ballastkammern in dem Gründungskörper selbst oder in mit dem Gründungskörper verbundene Auftriebskörper ausgebildet sein können. Sind mehrere voneinander separat mit Ballast befüllbare Ballastkammern vorgesehen, ist es möglich, die Lage des Gründungskörpers während des Absenkvorgangs besser zu steuern. Sind die Ballastkammern in separaten Auftriebskörpern vorgesehen, können die separaten Auftriebskörper nach erfolgreichem Ablassen des Gründungskörpers entfernt und anschließend wiederverwendet werden.
  • Es ist vorzugsweise eine Steuerungseinheit vorgesehen, welche derart zur Steuerung der Befüllung der wenigstens einen Ballastkammer des Gründungskörpers und/oder der wenigstens einen Seilzugvorrichtung ausgebildet ist, dass während des Absenkvorgangs des Gründungskörpers das wenigstens eine Zugseil unter einer vorgegebenen Sollzugspannung steht. Durch eine entsprechende Steuerung kann der Absenkvorgang des Gründungskörpers genau gesteuert werden, um bspw. unerwünschte Lageveränderung des Gründungsköpers zu vermeiden.
  • Es ist bevorzugt, wenn der Gründungskörper zur Flächengründung oder zur Tiefgründung ausgebildet und/oder der Gründungskörper in Beton-, Stahl- oder Hybridbauweise hergestellt ist. Bei einer Flächengründung erfolgt die Gründung allein aufgrund der Gewichtskraft des Gründungskörpers sowie ggf. dessen Ballastierung und/oder einem daran befestigten Ballastanker, während für eine Tiefgründung Pfähle in den Boden gerammt werden, mit denen der Gründungskörper am Grund befestigt wird.
  • Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.
  • Die Erfindung wird nun anhand von vorteilhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
    • Figur 1a-d:
    schematische Darstellung eines Installationsvorgangs eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Installation von Offshore-Fundamenten;
    Figur 2a-b:
    schematische Detaildarstellungen der Anordnung gemäß Figuren 1a-d;
    Figur 3:
    schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Installation von Offshore-Fundamenten; und
    Figur 4:
    schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Installation von Offshore-Fundamenten.
  • In Figur 1a-d ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung 1 zur Installation von Offshore-Fundamenten dargestellt. Die Anordnung 1 umfasst einen schwimmfähigen Gründungskörper 10 mit mehreren Ballastkammern 11. Die Ballastkammern 11 sind im Schwimmzustand mit Luft gefüllt, können zu Absenken des Gründungskörpers 1 aber mit Ballast befüllt werden.
  • Die Anordnung 1 umfasst weiterhin einen Ballastanker 20 mit einer, in einem Ballastkörper angeordneten Ballastkammer 21. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Ballastkammer 21 derart ausgebildet, dass auch im luftgefüllten Zustand die Gewichtskraft des Ballastankers 20 größer ist als die Auftriebskraft des Ballastankers 20. Durch das Befüllen der Ballastkammer 21 mit Ballast kann also insbesondere nur die Gewichtskraft des Ballastankers 20 vergrößert werden.
  • Der Ballastanker 20 ist über ein Zugseil 30 mit einer an dem Gründungskörper 10 angeordneten Seilwinde 40 verbunden und kann so in einer Position beabstandet vom Grund 90 an dem Gründungskörper 10 gehalten werden, wie dies in Figur la dargestellt ist. In der Folge kann der Gründungskörper 10 zusammen mit dem Ballastanker 20 durch ein Transportschiff 91 zum gewünschten Installationsort verbracht werden.
  • Am gewünschten Installationsort wird der Ballastanker 20 mithilfe der Seilwinde 40 auf den Grund 90 abgelassen (siehe Figur 1b), wobei das Ablassen vorzugsweise während Stauwasser und ruhigem Wetter erfolgt. Um zu vermeiden, dass der Ballastanker 20 während des Absenkvorgangs ins Schlingern gerät, ist zum einen die Absenkgeschwindigkeit entsprechend niedrig zu wählen. Zum anderen ist zwischen dem Zugseil 30 und dem Ballastanker 20 ein Anschlagmittel 31 in Form eines Hebegeschirrs, mit dem die Zugkraft des Zugseils 30 auf mehrere Anbindungspunkte am Ballastanker 20 verteilt wird.
  • Liegt der Ballastanker 20 auf dem Grund 90 auf, wird die Ballastkammer 21 des Ballastankers 20 mit Ballast gefüllt, umso die Gewichtskraft des Ballastankers 20 zu erhöhen. Entsprechendes ist in Figur 1b angedeutet, in der die Ballastkammer 21 bereits teilweise gefüllt ist.
  • Anschließend wird der Gründungskörper 10 abgelassen, in dem die Ballastkammern 11 des Gründungskörper 10 mit Ballast gefüllt werden (siehe Figur 1c). Während des Absenkvorgangs wird das Zugseil 30 durch die Seilwinde 40 derart unter Zugspannung gehalten, dass auf den Gründungskörper 10 eine Zugkraft in Richtung Grund 90 wirkt, die zur Erhöhung der Schwimmstabilität beiträgt. Gleichzeitig ist diese Zugkraft geringer als die maximale Vertikalankerhaltekraft des Ballastankers 20, um sicherzustellen, dass sich dieser nicht vom Grund 90 löst.
  • Neben der Erhöhung der Schwimmstabilität wird bei der in Figur 1a-d dargestellten erfindungsgemäßen Anordnung 1 sichergestellt, dass der Gründungskörper 10 an der durch den Ballastanker 20 vorgegebenen Position installiert wird (siehe Figur 1d). Neben der Positionierung aufgrund der Verbindung des Ballastankers 20 mit dem Gründungskörper 10 über das Zugseil 30, verfügen Ballastanker 20 und Gründungskörper 10 über eine zentrierende Formgebung, mit der die relative Position der beiden Komponenten zueinander im Installationszustand des Gründungskörper (Figur 1d) festgelegt wird. Diese zentrierende Formgebung ist in Figuren 2a-b näher dargestellt.
  • Der Ballastanker 20 weist auf seiner, dem Gründungskörper 10 zugewandten Oberseite 22 eine konusförmige Erhebung 23 auf. Gleichzeitig weist der Gründungskörper 10 an seiner, dem Ballastanker 20 zugewandten Unterseite 12 eine entsprechende konusförmige Vertiefung 13 auf. Die konusförmigen Flächen 13, 23 wirken beim Annähern des Gründungskörpers 10 an den Ballastanker 20 während der letzten Phase des Absenken des Gründungskörpers 10 als Zentrierflächen.
  • In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt. Da dieses Ausführungsbeispiel insbesondere in Bezug auf den damit realisierbaren Installationsvorgang im Wesentlichen mit demjenigen aus Figuren 1a-d übereinstimmt und auch die in Zusammenhang mit Figuren 2a-b erläuterte Formgebung aufweist, wird zur Erläuterung auf die dortigen Ausführungen verwiesen. Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede gegenüber dem Vorstehenden eingegangen.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 sind drei Zugseile 30 vorgesehen, die im Bereich zwischen Gründungskörper 10 und Ballastanker 20 beabstandet voneinander parallel geführt sind. Jedes der drei Zugseile 30 verfügt über eine eigene und unabhängig steuerbare Seilwinde 40, die gleichmäßig über den Umfang verteilt am Gründungskörper 10 befestigt sind.
  • Am Ballastkörper 20 ist für jedes der Zugseile 30 eine Umlenkrolle 24 vorgesehen. Die Zugseile 30 sind jeweils durch eine Umlenkrolle 24 geführt und mit ihrem von der Seilwinde 40 entfernten Ende unmittelbar am Gründungskörper 10 befestigt. Durch das Vorsehen der Umlenkrollen 24 kann die durch die Seilwinde 40 aufzubringende Kraft reduziert werden.
  • Der Ballastanker 20 weist auf seiner zum Aufliegen auf den Grund 90 ausgebildeten Unterseite 25 eine umlaufende Schürze 26 auf. Außerdem ist eine Pumpe als Unterdruckmodul 27 vorgesehen, mit dem nach dem Ablegen des Ballastankers 20 auf dem Grund 90 innerhalb der Schürze 26 ein Unterdruck zwischen Ballastanker 20 und Grund 90 erzeugt werden kann, um so die Vertikalankerhaltekraft des Ballastankers 20 zu erhöhen. In anderen Worten erfolgt dabei ein Ansaugen des Ballastankers 20 an den Grund 90 nach dem Suction-Bucket-Prinzip.
  • Auf seiner dem Gründungskörper 10 zugewandten Oberseite 22 weist der Ballastanker 20 ein Verbindungselement 28 auf. Mit diesem Verbindungselement 28 lässt sich der Ballastanker nach erfolgtem Absenken des Gründungskörpers 10 derart an diesem befestigen, dass zumindest ein Teil der Gewichtskraft des Ballastankers 20 über das Verbindungelement 28 in den Gründungskörper 10 eingeleitet wird. Das Gewicht des Ballastankers 20 kann dann wenigstens teilweise als zusätzliches Gewicht zur Sicherung des Gründungskörpers 10 beitragen.
  • Durch das Vorsehen von drei separaten Zugseilen mit drei separat ansteuerbaren Seilwinden 40 lässt sich der Absenken Vorgang des Gründungskörpers 10 über eine nicht dargestellte Steuerungseinheit sehr genau steuern, wobei insbesondere unerwünschten Lageveränderungen des Gründungskörpers 10 entgegengewirkt werden kann. Sofern der Gründungskörper 10 über separat mit Ballast befüllbare Ballastkammern 11 verfügt, kann die Steuerungseinheit während des Absenkvorgangs auch die Befüllung der einzelnen Ballastkammern 11 steuern.
  • In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung 1 gezeigt, welches sich grundsätzlich an dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1a-d orientiert. Im Folgenden wird daher lediglich auf die Unterschiede zu diesem Ausführungsbeispiel eingegangen, während im Übrigen auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 ist anstelle eines Ballastankers 20 ein Erdanker 20' vorgesehen, der auf bekannte Art und Weise im Grund 90 befestigt ist und über eine Umlenkrolle 24 verfügt. Über diese Umlenkrolle 24 ist ein Zugseil 30 geführt, welches an seinem einen Ende fest mit dem Gründungskörper 10 verbunden ist. An seinem anderen Ende ist das Zugseil an einem Schleppschiff 40' befestigt. Während des Absenkvorgangs des Gründungskörpers 10, der analog zu demjenigen aus Figuren 1a-b durch befüllen der Ballastkammern 11 des Gründungskörpers 10 mit Ballast erfolgt, entfernt sich das Schleppschiff 40' derart vom Installationsort für den Gründungskörper 10, dass das Zugseil 30 immer unter einer vorgegebenen Zugspannung steht.
  • In sämtlichen dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Gründungskörper 10 zur Flächengründung ausgebildet. Es ist aber selbstverständlich auch möglich, dass der Gründungskörper 10 zur Tiefgründung ausgebildet ist und bspw. Köcher zur Aufnahme von Gründungspfählen aufweist. Der Gründungskörper 10 kann in Beton-, Stahl- oder Hybridbauweise hergestellt sein. Als Ballast kann bspw. Wasser, Sand oder Beton genutzt werden.

Claims (15)

  1. Anordnung (1) zur Installation von Offshore-Fundamenten umfassend einen schwimmfähigen Gründungskörper (10) mit wenigstens einer, im Schwimmzustand luftgefüllten Ballastkammer (11), die zum Absenken des Gründungskörpers (10) mit Ballast befüllbar ist, ,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    wenigstens ein auf dem Grund (90) im Bereich des gewünschten Installationsortes des Gründungskörpers (10) angeordneter Anker (20, 20') und wenigstens eine Seilzugvorrichtung (40, 40') vorgesehen ist, wobei jede der wenigstens einen Seilzugvorrichtung (40, 40') dazu ausgebildet ist, jeweils ein zwischen einem gemeinsamen oder jeweils gesonderten Anker(n) (20, 20') und dem Gründungskörper (10) geführtes Zugseil (30) während des Absenken des Gründungskörpers (10) derart unter Zugspannung zu halten, dass eine die Schwimmstabilität erhöhende Zugkraft auf den Gründungskörper (10) wirkt.
  2. Anordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    wenigstens einer der Anker (20, 20') ein Ballastanker (20) umfassend einen Ballastkörper ist, der vorzugsweise durch das wenigstens eine Zugseil (30) am schwimmenden Gründungskörper (10) vom Grund beabstandet haltbar und über die wenigstens eine Seilzugvorrichtung (40, 40') vom schwimmenden Gründungskörper (10) aus ablassbar ist.
  3. Anordnung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Ballastanker (20) wenigstens eine mit Ballast befüllbare Ballastkammer (21) oder Ballastwanne aufweist.
  4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Ballastanker (20) auf seiner zum Aufliegen auf dem Grund (90) ausgebildeten Unterseite (25) eine umlaufende Schürze (26) und ein Unterdruckmodul (27), vorzugsweise ein Rückschlagventil und/oder eine Pumpe, aufweist, wobei das Unterdruckmodul (27) zum Erzeugen eines Unterdrucks beim oder nach dem Ablegen des Ballastankers (20) auf dem Grund (90) zwischen Ballastanker (20) und Grund (90) innerhalb der Schürze (26) ausgebildet ist.
  5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Ballastanker (20) auf seiner dem Gründungskörper (10) zugewandten Oberseite (22) eine den Gründungskörper (10) zentrierende Formgebung aufweist, die mit einer entsprechend invertierten Formgebung des Gründungskörpers (10) an dessen dem Ballastanker (20) zugewandten Unterseite (22) zusammenwirkt.
  6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Ballastanker (20) auf seiner dem Gründungskörper (10) zugewandten Oberseite (22) ein Verbindungselement (28) aufweist, mit der der Ballastanker (20) nach vollständigem Absenken des Gründungskörpers (10) derart an diesem befestigbar ist, dass wenigstens ein Teil der Gewichtskraft des Ballastankers (20) über das Verbindungselement (28) in den Gründungskörper (10) eingeleitet wird.
  7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    wenigstens einer der Anker (20, 20') ein Erdanker (20') oder ein Verpressanker ist.
  8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der wenigstens eine Anker (20, 20') für jedes über diesen geführte Zugseil (30) eine Umlenkrolle (24) zur Durchführung des Zugseils (20) als lose Rolle aufweist.
  9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zwischen einem Zugseil (30) und dem Anker (20, 20') ein die Tragkraft des Zugseils (30) verteilendes Anschlagmittel (31) vorgesehen ist.
  10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    wenigstens eine der wenigstens einen Seilzugvorrichtung (40, 40') eine Seilwinde (40) ist, wobei die Seilwinde (40) vorzugsweise an dem Gründungskörper (10) befestigt ist.
  11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    wenigstens drei im Bereich zwischen Gründungskörper (10) und Anker (20, 20') voneinander beabstandete Zugseile (30) vorgesehen sind.
  12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Gründungskörper (10) mehrere voneinander separat mit Ballast befüllbare Ballastkammern (11) aufweist, wobei die Ballastkammern (11) im den Gründungskörper (10) selbst oder in mit dem Gründungskörper (10) verbundene Auftriebskörper ausgebildet sein können.
  13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Steuerungseinheit vorgesehen ist, welche derart zur Steuerung der Befüllung der wenigstens einen Ballastkammer (11) des Gründungskörpers (10) und der wenigstens einen Seilzugvorrichtung (40, 40') ausgebildet ist, dass während des Absenkvorgangs des Gründungskörpers (10) das wenigstens eine Zugseil (30) unter einer vorgegebenen Sollzugspannung steht.
  14. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Gründungskörpers (10) zur Flächengründung oder zur Tiefgründung ausgebildet und/oder der Gründungskörper (10) in Beton-, Stahl- oder Hybridbauweise hergestellt ist.
  15. Verfahren zur Installation von Offshore-Fundamenten mit einer Anordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine Zugseil (30) während des Absenkvorgangs des Gründungskörpers (10) durch die Seilzugvorrichtung (40, 40') unter einer vorgegebene Sollzugspannung gehalten wird.
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