WO2010139380A1 - Verfahren und vorrichtung zum erstellen eines unterwasserfundaments eines bauwerks - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum erstellen eines unterwasserfundaments eines bauwerks Download PDF

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WO2010139380A1
WO2010139380A1 PCT/EP2010/002181 EP2010002181W WO2010139380A1 WO 2010139380 A1 WO2010139380 A1 WO 2010139380A1 EP 2010002181 W EP2010002181 W EP 2010002181W WO 2010139380 A1 WO2010139380 A1 WO 2010139380A1
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pile
module
pivoting
abteufvorrichtung
pivot
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Mark Peters
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Herrenknecht Ag
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for creating an underwater foundation of a building and a pivoting device as part of the device.
  • a base element is provided as a module carrier at the construction site and provided a stake, which forms the foundation to be created or is part of the foundation, where the pile is designed as a hollow body.
  • so-called jackup rigs are provided at monopiles at the construction site, the working plane of which is provided with a slewing mechanism.
  • the pole In this swinging the pole is clamped, deflected from the horizontal to the vertical and lowered by opening the clamps on the seabed.
  • the pile is then driven into the ground by means of pile driving.
  • a disadvantage of this foundation process is the dependence on the local geology. If the soil is provided with components which prove to be non-rammable, for example by solid rock or by the presence of Loam layers in which the friction increases too much or the presence of boulders or the like, so this method can not be used.
  • a further disadvantage of this method, especially in ecologically sensitive areas, is that high noise emissions emanate from this method.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method and an apparatus with which can be built in geologically difficult conditions foundations of single piles. These should simultaneously be usable in ecologically sensitive areas.
  • the object of the invention is achieved in that the pile is clamped in a swivel module, that the pile is erected by pivoting the swivel module until the desired propulsion direction is achieved in the ground with respect to the horizontal, that the pile to the bottom is lowered to the ground and until reaching a limit value of the feed force is moved into the reason that a Abteufvorplatz is installed in the pile and lowered on the ground that the rock is released below the pile and the pile is lowered until a final depth reached is.
  • the base element is a jack-up, a pontoon and / or a ship. This makes it possible, depending on the body of water, to provide a suitable basis for carrying out the method.
  • Another teaching of the invention provides that the swivel module is locked after reaching the desired inclination. As a result, a higher accuracy is achieved.
  • the pile is designed as a cylinder or cuboid. These shapes are advantageous in terms of the foundation of the foundation and the introduction of the ground into the ground. Furthermore, it is provided that the pile has an inner diameter from 4 m and larger, with diameters of 11 m or more can be built.
  • a further teaching of the invention provides that the feed force is generated via at least one feed element arranged on the swivel module, preferably a hydraulic cylinder.
  • the necessary feed force can be provided directly on the pile in conjunction with the swivel module and an additional feed device, such as the piling device, can be omitted.
  • a further teaching of the invention provides that at least one winch for raising and lowering the Abteufvoriques is provided so that a direct driving of the winch with respect to the position within the pile is possible.
  • the winch is provided directly above the pile, particularly preferably on a platform at the upper end of the pile, so that no additional installations on the base support are necessary.
  • Another teaching of the invention provides that the interior of the pile is filled with water to prevent breakage of the bottom, and that the water level in the pile has the height of the water level of the water body or higher than this. As a result of this measure, it is possible, in particular in the case of variable soils, to prevent the sole from sinking or breaking in below the pile and thus impairing the progress of the excavation.
  • Another teaching of the invention provides that a resulting overcut is filled after drilling. As a result, an optimal anchorage (if the overcut after lowering the pile on the outside of the pile continues to exist) reached
  • a further teaching of the invention provides that the Abteufen with the Abteufvorraum is carried out fully automatically or unmanned.
  • this vertical shaft drilling machines offer, preferably in the partial or
  • the solution of the invention provides that this is provided with a base element as Modultrager, wherein the base element a pivot module is arranged, with which the pole can be pivoted, wherein the swivel module is a feed module for lowering the pile is provided and a Furthermore, a Abteufmodul which is disposed within the pile and at least one lifting module for lowering / raising the Abteufmoduls provided in the pile by such a device can be easily carried out an adaptation to given geologies and the environmental impact of the Reduce noise emission and the like
  • the pile is designed as a cylinder or cuboid and that the inner diameter of the pile has 4 m or more, with a diameter of 11
  • a feed element is arranged on the swivel module, which is preferably a hydraulic cylinder, which makes it possible to discharge the pile in the swivel module in a controlled manner and to print it in the ground, provided that this is produced Feed force does not exceed certain parameters
  • the resulting loose rock inside the pile is discharged by means of excavators and winders.
  • the Abteufvoriques is preferably provided on a platform, particularly preferably directly in the upper end of the pile, at least one winch.
  • the Abteufvortechnische is a part-cut or full-cut device, which is particularly preferably designed as a shaft boring machine. This is preferably fully automatic or unmanned designed during the Abteufvorgangs. Depending on the geology, the tools for loosening the rock are adjusted using chisels or paring knives.
  • a further teaching of the invention provides that the Abteufvoroplasty has at least one locking against the inner wall of the pile, and that the Abteufvoroplasty can move relative to the locking with the Abteuftechnikmaschine and / or overall to the sole. As a result, the set-up of the Abteufvortechnik be reduced during the Abteufvorgangs.
  • a pivoting device for pivoting a pile in the creation of an underwater foundation, with a support element which is arranged on a base element of the erection device, with a pivot body which is connected via a pivot bearing and at least one feed element to the support element is, wherein on the pivot body, a guide element for the pile and a retaining ring are provided with at least one retaining ring arranged on the holding element for locking the pile, and with a second retaining ring, at least with a holding element for locking the pile is provided with the pivoting device via at least one feed element is movably connected with respect to it.
  • the pivoting device which is provided with a feed element, and by the holding elements on two different sections of the pivoting device, it becomes possible to control the lowering of the pile with respect to the pivoting device and at the same time, depending on the existing geology, an advance of the pile into the ground to cause wherein noise emissions by ramming and the like omitted.
  • An advantage of the swivel device is when the feed elements are hydraulic cylinders.
  • the bracing of the retaining rings can also be provided by hydraulic cylinders, whereby an adaptation to different diameters can be achieved.
  • the base element is preferably a jack-up platform, a pontoon and / or a ship.
  • the holding elements which are preferably provided within the retaining rings, are preferably hydraulically driven.
  • first and second retaining ring are arranged directly above each other parallel to each other and are directly connected to each other via the feed element is further advantageous that at the upper end of the pivoting device, a Fuhrungsring is provided, and / or that Fuhrungs- and retaining rings have the same cross sections as the pole have.
  • the pivoting device is used in the inventive method and in the inventive device.
  • FIG. 3 shows a three-dimensional partially sectioned side view of a device according to the invention in the implementation of the method according to the invention
  • Fig. 1 shows an apparatus according to the invention.
  • a swivel module 13 On a working platform 11, which is connected via support posts 12 to the seabed 8, a swivel module 13 is arranged.
  • the swivel module 13 consists of a carrier element 14 which has a pivot bearing 52.
  • the support member 14 is connected to a pivot member 15.
  • the support member 14 is connected to the pivot member 15 via a pivot cylinder 16, which allows pivoting of the pivot member 15 with a arranged in the pivot module 13 post 6 from the horizontal to the vertical.
  • the orientation of the pile 6 is vertical. An incidence of the pile 6 relative to the horizontal is also possible. If the desired installation angle with respect to the horizontal is reached, the pivoting element 15 is fixed to the carrier element 14 via a lock 22.
  • a guide ring 17 is arranged at the upper end. Through the guide ring 17 through the pile 6 is inserted into the pivot module 13. Furthermore, a first retaining ring 18 is provided on the pivoting element 15, which is also connected via a diagonal traverse 21 with the pivoting element 15 for stabilization purposes. In the retaining ring 18 holding elements (not shown) are arranged, which allow a fixation of the pile 6 relative to the retaining ring 18. Below the first retaining ring 18, a second retaining ring 19 is provided, which is connected via thrust cylinder 23 with the first retaining ring 18.
  • holding elements 20 are provided, which are hydraulically driven and produce hydraulic connection with a holding connection with the pile 6
  • the holding elements are locked in the first retaining ring 18 and the holding elements 20 dissolved in the second retaining ring 19 and the thrust cylinder 23 retracted again, whereby the second retaining ring 19 is moved back to the first retaining ring 18.
  • the resulting thrust is monitored, so that the pile 6 is not excessively inserted into the bottom 9 to avoid damage to the pile. It is possible, at the same time the pile 6 via the pivot module 13 through the Lowering thrust cylinder 23, while arranged in a pile 6 Abteufvorides 24 the bottom 9 of a sole 43, which is below the pile 6, drilled.
  • the retaining rings 18, 19 have locking cylinders 47 (see FIG. 3), via which a certain diameter adaptation with respect to the pile 6 and, alternatively, also a certain pressing of the retaining ring onto the pile 6 as an alternative retaining element becomes possible.
  • Fig. 2 shows a Abteufvortechnisch invention 24.
  • the Abteufvorraum 24 is over winds 25, which are located on platforms 26 which are arranged at the upper end of the pile 6, movably connected to the other device.
  • the winches 25 have a winch hook 39, which engages in corresponding winch stops 38 at the top of the Abteufvortechnisch 24.
  • the sinking device 24 has at its upper end a power connection 40, via which a supply line 41 is connected to the sinking device 24.
  • the supply line 41 is connected to a supply winch 42.
  • the energy supply of the sinking device 24 is provided via the supply line. Furthermore, a discharge of the dissolved rock is also possible via this line.
  • the Abteufvorraum 24 has a Abteufwork 27 and a locking unit 34, which are each arranged on a base body.
  • the Abteufech 27 has a telescopic arm 28, at the end of which is a roller 29 with the removal tools 30 disposed thereon.
  • the removal tools 30 may be chisels or paring knives, with this arrangement of the respective tools 30 being selected as a function of the types of rock to be loosened.
  • the telescopic arm 28 has a telescopic cylinder 33, through which the roller 29 can be moved in the telescopic direction 51. Furthermore, the dismantling unit 27 on a slewing 31.
  • the removal device 24 has a locking unit 34, which in the present case consists of four arms 35 at the respective end of which a wall connection 36 with holding elements 37 is provided.
  • the holding elements engage in the inner wall of the pile 6.
  • An intermediate holding element 37 and wall connection 36 is a lowering of the Dredging device 24 in the lowering 49 possible, whereby the roller 29 can also be moved against the rock
  • the interior of the pile 6 is filled with water.
  • the full height corresponds either to the water level 7 or the water level in the pile 44
  • Any overcut 45 that may arise when cutting free the sole area to lower the pile 6 must be completed after completion of the lowering of the Stake 6 are recalculated to its final depth unless the upcoming rock closes the overcut 45 automatically
  • the energy supply units 46 and accommodations for the crews etc, Hilfsantnebe, main drives are also provided a possible treatment of a drilling mud to be used, for example due to breakage risk
  • a jack-up platform with a working platform 11 and retractable support stub 12 is fitted with a pivoting device 13 and the corresponding supply units 46. Furthermore, a pile 6 in the horizontal is already arranged in the pivoting device 13. Further, a sinking device 24, in which it is a vertical shaft drilling machine, and the associated winches and drive units arranged on the jack If further transport capacity in terms of other piles 6 be necessary, they can be brought over a bear or the like mounted on site lifting island After raising and anchoring the Lifting the pile 6 is inserted into the pivot module 13 and connected to this then the pivot module 13 with the pile 6 about the pivot point 52nd erected by the pivot cylinder 16 in the vertical position, the lock 22 mounted, the post 6 with the push cylinder 23 and the holding elements 20 in the first retaining ring 18 and second retaining ring 19 lowered to the seabed 8 and positioned at the direction of the pile 8.
  • the winches 25 are mounted on the platforms 26 at the upper end of the pile 6, and the lowering device 24 in the form of a vertical well drilling machine is connected to the winches 25 via the winch hooks 39. Furthermore, the supply line 41 is connected to the sinking device 24 via the energy connection 40.
  • Ansch manend the vertical shaft boring machine is lowered to the bottom 43 and the rock 9 in the sole region 43 is solved by the rotation of the roller 29 with the chisels 30. The dissolved rock is carried away from the drilling area and also stored after separation or landfilled.
  • the roller 29 By pivoting the roller 29 in the direction of rotation 48, telescopic direction 51 and pivoting 50, the degradation of the rock takes place 9.
  • the Abteufvorettigenetti 24 is lowered in the lowering 49.
  • the sinking device 24 is locked via the wall connection 36 and the holding element 37 is retracted again into the wall connection 36, so that the lowering can start again from the beginning.
  • the Abteufvoriques 24 and the winches 25 are removed.
  • the overcut 45 is pressed and, if necessary, the interior of the pile 6 is filled with the dissolved rock or other materials such as concrete.
  • the pivot module 13 is released from the pile 6 and again led back to the horizontal. Subsequently, the preparatory measures for the construction of the structure can be made on the foundation thus created.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erstellen eines Unterwasserfundaments eines Bauwerks, bei dem ein Basiselement als Modulträger (11) am Errichtungsort vorgesehen wird und ein Pfahl (6) bereitgestellt wird, der das zu erstellende Fundament bildet oder Bestandteil des Fundaments ist, wobei der Pfahl (6) als Hohlkörper ausgeführt ist. Aufgabe der Erfindung ist ein Erstellen des Fundaments in geologisch schwierigen Bedingungen zu ermöglichen und gleichzeitig Schallemissionen in sensitiven Bereichen zu reduzieren. Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass der Pfahl (6) in ein Schwenkmodul (13) eingespannt wird, dass der Pfahl (6) durch Verschwenken des Schwenkmoduls (13) aufgerichtet wird, bis die gewünschte Vortriebsrichtung in den Boden (9) im Bezug auf die Horizontale erreicht wird, dass das Schenkmodul (13) nach Errichten der gewünschten Neigung arretiert wird, dass der Pfahl (6) auf den Grund (8) des Gewässers (7) abgesenkt wird und bis zum Erreichen eines Grenzwertes einer Vorschubkraft in den Grund (8) hineingedrückt wird, dass eine Abteufvorrichtung (24) im Pfahl (6) installiert wird und auf dem Grund (8) abgesenkt wird, dass das Gestein (9) unterhalb des Pfahls (6) gelöst wird und der Pfahl (6) abgesenkt wird bis eine Endteufe erreicht ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erstellen eines Unterwasserfundaments eines Bauwerks
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erstellen eines Unterwasserfundaments eines Bauwerks sowie eine Schwenkvorrichtung als Bestandteil der Vorrichtung. Dabei wird ein Basiselement als Modulträger am Errichtungsort vorgesehen und ein Pfahl bereitgestellt, der das zu erstellende Fundament bildet oder Bestandteil des Fundaments ist, wo der Pfahl als Hohlkörper ausgeführt ist.
Bei der Errichtung von Bauwerken, die ihre Fundamente auf Boden stützen, der sich unter Wasser befindet, werden diese Fundamente auf unterschiedliche Weise hergestellt, wobei sich bei einteiligen Fundamenten die Verwendung sogenannter Monopiles, also Einzelpfähle, durchgesetzt haben. Eine Alternative dazu ist das sogenannter Jacket, bei dem es sich um einen pyramidalen Baukörper handelt, der mehrere Gründungspunkte aufweist. Bei solchen Bauwerken handelt es sich beispielsweise um Windkraftanlagen oder um Brückenbauwerke.
Gemäß dem Stand der Technik werden bei Monopiles am Errichtungsort beispielsweise sogenannte Jackup Rig vorgesehen, deren Arbeitsebene mit einem Schwenkwerk versehen ist. In dieses Schwenkwerk wird der Pfahl eingespannt, aus der Horizontalen in die Vertikale umgelenkt und durch Öffnen der Klemmen auf den Meeresgrund abgelassen. Anschließend wird der Pfahl mittels Rammwerk in den Boden getrieben.
Ein Nachteil dieses Gründungsverfahrens ist die Abhängigkeit von der lokalen Geologie. Ist der Boden mit Bestandteilen versehen, die sich als nicht rammbar erweisen, beispielsweise durch Festgestein oder durch das Vorhandensein von Lehmschichten in denen die Reibung zu stark zunimmt oder das Vorhandensein von Felsbrocken oder dergleichen, so lässt sich dieses Verfahren nicht einsetzen. Weiterhin nachteilig bei diesem Verfahren ist insbesondere in ökologisch sensitiven Bereichen, dass hohe Schallemissionen von diesem Verfahren ausgehen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit dem sich in geologisch schwierigen Bedingungen Fundamente aus Einzelpfählen errichten lassen. Diese sollen gleichzeitig auch in ökologisch sensitiven Bereichen einsetzbar sein.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die erfindungsgemäße Aufgabe dadurch gelöst, dass der Pfahl in ein Schwenkmodul eingespannt wird, dass der Pfahl durch Verschwenken des Schwenkmoduls aufgerichtet wird, bis die gewünschte Vortriebsrichtung in den Boden im Bezug auf die Horizontale erreicht wird, dass der Pfahl auf den Grund des Gewässers abgesetzt wird und bis zum Erreichen eines Grenzwertes der Vorschubkraft in den Grund hingerückt wird, dass eine Abteufvorrichtung im Pfahl installiert wird und auf dem Grund abgesenkt wird, dass das Gestein unterhalb des Pfahls gelöst wird und der Pfahl abgesenkt wird, bis eine Endteufe erreicht ist.
Durch das Vorsehen einer Abteufvorrichtung, die auf die jeweiligen Bodenbedingungen anpassbar ist, wird es möglich, Hohlpfähle als Fundamente in nicht rammbaren Böden einzusetzen. Gleichzeitig entfällt durch das aktive Absenken des Pfahls und das Lösen des Gesteins durch die Abteufvorrichtung die durch das Rammen entstehende Lärmbelästigung für die Umwelt.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Basiselement eine Hubinsel, ein Ponton und/oder ein Schiff ist. Hierdurch ist es möglich in Abhängigkeit des Gewässers eine geeignete Basis für die Durchführung des Verfahrens bereitzustellen. Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Schwenkmodul nach Erreichen der gewünschten Neigung arretiert wird. Hierdurch wird eine höhere Genauigkeit erreicht.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Pfahl als ein Zylinder oder Quader ausgeführt ist. Diese Formen sind hinsichtlich der Errichtung des Fundaments und dem Einbringen des Ffahls in den Boden vorteilhaft. Weiterhin ist vorgesehen, dass der Pfahl einen Innendurchmesser ab 4 m und großer aufweist, wobei Durchmesser von 11 m oder mehr errichtbar sind.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Vorschubkraft über wenigstens ein am Schwenkmodul angeordnetes Vorschubelement, bevorzugt ein Hydraulikzylinder, erzeugt wird. Hierdurch kann auf einfache und direkte Weise die notwendige Vorschubskraft direkt am Pfahl in Verbindung mit dem Schwenkmodul vorgesehen werden und eine zusätzliche Vorschubsvorrichtung, wie sie beispielsweise das Rammgerät darstellt, kann entfallen.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eine Winde zum Heben und Senken der Abteufvorrichtung vorgesehen wird, sodass ein direktes Ansteuern der Winde hinsichtlich der Position innerhalb des Pfahls möglich ist. Besonders bevorzugt wird die Winde direkt oberhalb des Pfahls, besonders bevorzugt auf einer Plattform am oberen Ende des Pfahls, vorgesehen, sodass keine zusätzlichen Installationen auf dem Basisträger notwendig sind.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Innere des Pfahls zur Vermeidung von Grundbruch der Sohle mit Wasser gefüllt ist, und dass das Wasserspiegel im Pfahl die Höhe des Wasserspiegels des Gewässers aufweist oder höher als dieser ist. Durch diese Maßnahme kann insbesondere bei wechselhaften Böden das Hereinquellen oder Hereinbrechen der Sohle unterhalb des Pfahls und damit die Beeinträchtigung des Abbaufortschritts verhindert werden.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass ein entstehender Überschnitt nach Abteufen verfullt wird. Hierdurch wird eine optimale Verankerung (sofern der Überschnitt nach Absenken des Pfahls auf der Außenseite des Pfahls weiterhin Bestand hat) erreicht
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Abteufen mit der Abteufvorrichtung vollautomatisch bzw mannlos durchgeführt wird Hierfür bieten sich vertikale Schachtbohrmaschinen an, die bevorzugt im Teil- oder
Vollschnittbetrieb operieren und mit Bohrvorrichtungen versehen sind, bei denen sich in Abhängigkeit der Geologie die Abbauwerkzeuge wie beispielsweise
Meißel oder Schalmesser auswechseln und an die gegebenen Bedingungen anpassen lassen
Hinsichtlich der Vorrichtung sieht die erfindungsgemaße Losung der Aufgabe vor, dass diese mit einem Basiselement als Modultrager versehen ist, wobei am Basiselement ein Schwenkmodul angeordnet ist, mit dem der Pfahl verschwenkt werden kann, wobei am Schwenkmodul ein Vorschubmodul zum Absenken des Pfahls vorgesehen ist und eine Arretierung zum Arretieren des Schwenkmoduls vorgesehen ist Weiterhin sind ein Abteufmodul, das innerhalb des Pfahls angeordnet ist und wenigstens ein Hubmodul zum Senken/Anheben des Abteufmoduls im Pfahl vorgesehen Durch eine solche Vorrichtung lasst sich auf einfache Weise eine Anpassung auf gegebene Geologien durchfuhren und die Umwelteinwirkungen die Schallemission und dergleichen reduzieren
Bevorzugt handelt es sich bei dem Basiselement als Modultrager um eine Hubinsel, ein Ponton und/oder ein Schiff Weiterhin ist vorteilhaft, dass der Pfahl als ein Zylinder oder Quader ausgeführt ist und dass der Innendurchmesser des Pfahls 4 m oder mehr aufweist, wobei Durchmesser von 11 m oder mehr technisch ausfuhrbar sind Weiterhin ist vorteilhaft, dass ein Vorschubelement am Schwenkmodul angeordnet ist, bei dem es sich bevorzugt um einen Hydraulikzylinder handelt, wodurch es möglich wird, kontrolliert den Pfahl im Schwenkmodul abzulassen und ihn in den Boden einzudrucken, sofern die dabei erzeugte Vorschubkraft bestimmte Parameter nicht übersteigt Vorteilhafterweise wird das dabei anfallende im Inneren des Pfahls befindliche Lockergestein mittels Bagger und Spulpumpen ausgetragen Zum Heben und Senken der Abteufvorrichtung ist bevorzugt auf einer Plattform, besonders bevorzugt direkt im oberen Endbereich des Pfahls, wenigstens eine Winde vorgesehen.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Abteufvorrichtung eine Teilschnitt- oder Vollschnittvorrichtung ist, die besonders bevorzugt als Schachtbohrmaschine ausgeführt ist. Bevorzugt ist diese dabei vollautomatisch bzw. mannlos während des Abteufvorgangs ausgelegt. In Abhängigkeit der Geologie werden die Werkzeuge zum Lösen des Gesteins angepasst, wobei Meißel oder Schälmesser verwendet werden.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Abteufvorrichtung wenigstens eine Arretierung gegenüber der Innenwand des Pfahls aufweist, und dass sich die Abteufvorrichtung gegenüber der Arretierung mit dem Abteufwerkzeug und/oder insgesamt zur Sohle hin bewegen kann. Hierdurch werden die Rüstzeiten der Abteufvorrichtung während des Abteufvorgangs reduziert.
Als Element zur Lösung der erfinderischen Aufgabe ist eine Schwenkvorrichtung zum Verschwenken eines Pfahls bei der Erstellung eines Unterwasserfundaments vorgesehen, mit einem Trägerelement, das auf einem Basiselement der Errichtungsvorrichtung angeordnet ist, mit einem Schwenkkörper, der über ein Drehlager und wenigstens einem Vorschubelement mit dem Trägerelement verbunden ist, wobei am Schwenkkörper ein Führungselement für den Pfahl und ein Haltering mit wenigstens einem am Haltering angeordneten Haltelement zum Arretieren des Pfahls vorgesehen sind, und mit einem zweiten Haltering, damit wenigstens mit einem Halteelement zum Arretieren des Pfahls versehen ist, der mit die Schwenkvorrichtung über wenigstens ein Vorschubelement beweglich im Bezug auf diese verbunden ist.
Durch die Schwenkvorrichtung, die mit einem Vorschubelement versehen ist, und durch die Haltelemente an zwei verschiedenen Abschnitten der Schwenkvorrichtung wird es möglich, das Absenken des Pfahls im Bezug auf die Schwenkvorrichtung zu kontrollieren und gleichzeitig in Abhängigkeit der vorhandenen Geologie einen Vorschub des Pfahls in den Boden zu bewirken, wobei Larmemissionen durch Rammen und dergleichen entfallen. Vorteilhaft bei der Schwenkvorrichtung ist, wenn es sich bei den Vorschubelemente um Hydraulikzylinder handelt. Auch das Verspannen der Halteringe kann durch Hydraulikzylinder vorgesehen werden, wobei dadurch eine Anpassung an verschiedene Durchmesser erreichbar ist. Bei dem Basiselement handelt es sich bevorzugt um eine Hubinsel, ein Ponton und/oder ein Schiff. Die Halteelemente, die bevorzugt innerhalb der Halteringe vorgesehen sind, sind bevorzugt hydraulisch angetrieben. Weiterhin ist vorteilhaft, dass der erste und zweite Haltering direkt übereinander parallel zueinander angeordnet sind und direkt über das Vorschubelement miteinander verbunden sind Weiterhin ist vorteilhaft, dass am oberen Ende der Schwenkvorrichtung ein Fuhrungsring vorgesehen ist, und/oder dass Fuhrungs- und Halteringe die gleichen Querschnitte wie der Pfahl aufweisen. Besonders bevorzugt wird die Schwenkvorrichtung beim erfindungsgemaßen Verfahren und bei der erfindungsgemaßen Vorrichtung eingesetzt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels in Verbindung mit einer Zeichnung näher erläutert Dabei zeigen-
Fig 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemaßen Vorrichtung bei der Durchfuhrung des erfindungsgemaßen Verfahrens,
Fig 2 eine räumliche Seitenansicht einer erfindungsgemaßen Abteufvorrichtung, und
Fig 3 eine dreidimensionale teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemaßen Vorrichtung bei der Durchfuhrung des erfindungsgemäßen Verfahrens
Fig 1 zeigt eine erfindungsgemaße Vorrichtung. Auf einer Arbeitsplattform 11 , die über Tragstύtzen 12 mit dem Meeresgrund 8 verbunden ist, ist ein Schwenkmodul 13 angeordnet. Das Schwenkmodul 13 besteht aus einem Trägerelement 14 das ein Drehlager 52 aufweist. Über das Drehlager 52 ist das Tragerelement 14 mit einem Schwenkelement 15 verbunden. Des Weiteren ist das Trägerelement 14 mit dem Schwenkelement 15 über einen Schwenkzylinder 16 verbunden, der ein Verschwenken des Schwenkelements 15 mit einem im Schwenkmodul 13 angeordneten Pfahl 6 aus der Horizontalen in die Vertikale ermöglicht. In Fig. 1 ist die Ausrichtung des Pfahls 6 vertikal. Ein Einfallen des Pfahls 6 gegenüber der Horizontalen ist ebenfalls möglich. Ist der gewünschten Aufstellwinkel gegenüber der Horizontalen erreicht, wird das Schwenkelement 15 mit dem Trägerelement 14 über eine Arretierung 22 fixiert.
Am Schwenkelement 15 ist ein Führungsring 17 am oberen Ende angeordnet. Durch den Führungsring 17 hindurch wird der Pfahl 6 in das Schwenkmodul 13 eingeführt. Des Weiteren ist am Schwenkelement 15 ein erster Haltering 18 vorgesehen, der zu Stabilisierungszwecken ebenfalls über eine Diagonaltraverse 21 mit dem Schwenkelement 15 verbunden ist. Im Haltering 18 sind Halteelemente (nicht dargestellt) angeordnet, die eine Fixierung des Pfahl 6 gegenüber dem Haltering 18 ermöglichen. Unterhalb des ersten Halterings 18 ist ein zweiter Haltering 19 vorgesehen, der über Schubzylinder 23 mit dem ersten Haltering 18 verbunden ist. Innerhalb des zweiten Halterings 19 sind ebenfalls Halteelemente 20 vorgesehen, die hydraulisch angetrieben werden und bei hydraulischer Beaufschlagung eine haltende Verbindung mit dem Pfahl 6 herstellen Zum Absenken des Pfahls 6 durch das Schwenkmodul 13 hindurch werden die Halteelemente im ersten Haltering 18 gelöst während die Haltelemente 20 im zweiten Haltering 19 fixiert bleiben. Anschließend werden die Schubzylinder 23 hydraulisch beaufschlagt und es wird eine entsprechende Vorschubkraft in Montagerichtung vom Schwenkmodul 13 weg auf den Pfahl 6 erzeugt und dieser wird vorgeschoben bzw. in den Boden eingepresst.
Sind die Schubzylinder 23 vollständig ausgefahren, so werden die Halteelemente im ersten Haltering 18 arretiert und die Halteelemente 20 im zweiten Haltering 19 gelöst und die Schubzylinder 23 wieder eingefahren, wodurch der zweite Haltering 19 wieder auf den ersten Haltering 18 zubewegt wird. Beim Ausfahren der Schubzylinder 23 und damit beim Verpressen der Pfahls 6 wird die dabei entstehende Schubkraft überwacht, damit der Pfahl 6 nicht übermaßig in den Boden 9 eingeschoben wird um Beschädigungen des Pfahls zu vermeiden. Es ist möglich, gleichzeitig den Pfahl 6 über das Schwenkmodul 13 durch die Schubzylinder 23 abzusenken, während eine im Pfahl 6 angeordnete Abteufvorrichtung 24 den Boden 9 einer Sohle 43, die unterhalb des Pfahl 6 sich befindet, abbohrt. Die Halteringe 18, 19 weisen Arretierzylinder 47 (siehe Fig. 3) auf, über die eine gewisse Durchmesseranpassung im Bezug auf den Pfahl 6 und alternativ auch ein gewisses Anpressen des Halterings auf den Pfahl 6 als alternatives Halteelement möglich wird.
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Abteufvorrichtung 24. Die Abteufvorrichtung 24 ist über winden 25, die sich auf Plattformen 26 befinden, die am oberen Ende des Pfahls 6 angeordnet sind, mit der übrigen Vorrichtung beweglich verbunden. Die Winden 25 weisen einen Windenhaken 39 auf, der in entsprechende Windenanschläge 38 an der Oberseite der Abteufvorrichtung 24 eingreift. Über die Winden 25 kann die Abteufvorrichtung 24 in vertikaler Richtung innerhalb des Pfahls 6 angehoben oder abgesenkt werden. Die Abteufvorrichtung 24 weist an ihrem oberen Ende einen Energieanschluss 40 auf, über den eine Versorgungsleitung 41 mit der Abteufvorrichtung 24 verbunden ist. Die Versorgungsleitung 41 ist mit einer Versorgungswinde 42 verbunden. Über die Versorgungsleitung wird die Energieversorgung der Abteufvorrichtung 24 bereitgestellt. Weiterhin ist auch über diese Leitung eine Abförderung des gelösten Gesteins möglich.
Die Abteufvorrichtung 24 weist eine Abteufeinheit 27 und eine Arretiereinheit 34 auf, die jeweils an einem Grundkörper angeordnet sind. Die Abteufeinheit 27 weist einen Teleskoparm 28 auf, an dessen Ende sich eine Walze 29 mit den darauf angeordneten Abbauwerkzeugen 30 befindet. Bei den Abbauwerkzeugen 30 kann es sich um Meißel oder Schälmesser handeln, wobei diese Anordnung der jeweiligen Werkzeuge 30 in Abhängigkeit der zu lösenden Gesteinsarten ausgewählt werden. Der Teleskoparm 28 weist einen Teleskopzylinder 33 auf, durch den die Walze 29 in Teleskoprichtung 51 bewegt werden kann. Weiterhin weist die Abbaueinheit 27 ein Drehwerk 31 auf. Zwischen Drehwerk 31 und Abbauarm 28 ist wenigstens ein Schwenkzylinder 32 vorgesehen, der in Verschwenkrichtung 50 ausfahrbar ist und damit ebenfalls eine Bewegung der Walze 29 ermöglicht. Das Drehwerk 31 ermöglicht ein Verschwenken der Walze 29 in Rotationsrichtung 48. Des Weiteren weist die Abbauvorrichtung 24 eine Arretiereinheit 34 auf, die vorliegend aus vier Armen 35 besteht an dessen jeweiligen Ende ein Wandanschluss 36 mit Halteelementen 37 vorgesehen ist Die Halteelemente greifen in die Innenwand des Pfahls 6 ein Zwischen Halteelement 37 und Wandanschluss 36 ist ein Absenken der Abbauvorrichtung 24 in Absenkrichtung 49 möglich, wodurch die Walze 29 ebenfalls gegen das Gestein bewegt werden kann
Zur Vermeidung eines Grundbruchs der Sohle 43 ist der Innenraum des Pfahls 6 mit Wasser gefüllt Die Fullhohe entspricht dabei entweder dem Wasserspiegel 7 oder dem Wasserspiegel im Pfahl 44 Ein eventuell beim Freischneiden des Sohlenbereichs zur Absenkung des Pfahls 6 entstehende Überschnitt 45 muss nach Abschluss der Absenkung des Pfahls 6 auf seine Endtiefe wieder verfullt werden sofern nicht das anstehende Gestein den Überschnitt 45 selbsttätig verschließt
Auf der Arbeitsplattform 11 sind weiterhin die Energieversorgungseinheiten 46 und Unterkünfte für die Mannschaften etc , Hilfsantnebe, Hauptantriebe eine eventuelle Aufbereitung einer beispielsweise aufgrund von Sollbruchgefahr zu verwendenden Bohrspülung vorgesehen
Das Verfahren erfolgt wie folgt Eine Hubinsel mit einer Arbeitsplattform 11 und versenkbarer Tragstutzen 12 wird mit einer Schwenkvorrichtung 13 und den entsprechenden Versorgungseinheiten 46 bestuckt Des Weiteren wird ein Pfahl 6 in der Horizontalen bereits in der Schwenkvorrichtung 13 angeordnet Des Weiteren wird eine Abteufvorrichtung 24, bei der es sich um eine vertikale Schachtbohrmaschine handelt, und die dazugehörigen Winden und Antriebseinheiten auf der Hubinsel angeordnet Sollten weitere Transportkapazitäten im Sinne von weiteren Pfählen 6 notwendig sein, können diese über eine Bärge oder dergleichen zur am Aufstellort montierten Hubinsel gebracht werden Nach dem Aufrichten und Verankern der Hubinsel wird der Pfahl 6 in das Schwenkmodul 13 eingelegt und mit diesem verbunden Anschließend wird das Schwenkmodul 13 mit dem Pfahl 6 um den Drehpunkt 52 durch den Schwenkzylinder 16 in die vertikale Position aufgerichtet, die Arretierung 22 montiert, der Pfahl 6 mit dem Schubzylinder 23 und den Haltelementen 20 im ersten Haltering 18 und zweiten Haltering 19 auf den Meeresgrund 8 abgesenkt und an den Richtungsort des Pfahls 8 positioniert. Anschließend wird solange es die Geologie zulässt bzw. das Gestein des Meeresbodens es zulässt über die Vorschubzylinder 23 der Pfahl 6 in den Boden 9 eingepresst. Parallel wird der im Pfahlinneren befindliche Gesteinsanteil aus dem Pfahl 6 beispielsweise durch einen Bagger entfernt und entweder vor Ort zwischengelagert oder an Land gebracht zur Deponierung. Ein Zwischenlagern erfolgt dann, wenn mit diesem Material nach Absenken des Pfahls 6 auf seiner Endposition das Innere des Pfahls 6 wieder verfüllt werden soll. Während des Pressens des Pfahls 6 in den Boden 9 durch die Vorschubzylinder 23 wird die Vorschubkraft überwacht. Übersteigt die dabei auftretende Kraft einen Grenzwert wird der Pressvorgang abgeschlossen und der maschinelle Vortrieb durch die Abteufvorrichtung 24 wird eingeleitet. Dafür werden die Winden 25 auf den Plattformen 26 am oberen Ende des Pfahls 6 montiert und die Abteufvorrichtung 24 im Form einer Vertikalschachtbohrmaschine wird an die Winden 25 über die Windenhaken 39 angeschlossen. Des Weiteren wird die Versorgungsleitung 41 über den Energieanschluss 40 mit der Abteufvorrichtung 24 verbunden. Anschießend wird die vertikale Schachtbohrmaschine auf die Sohle 43 abgelassen und über die Rotation der Walze 29 mit den Meißeln 30 das Gestein 9 im Sohlenbereich 43 gelöst. Das gelöste Gestein wird aus dem Bohrbereich abgefördert und nach einer Separation ebenfalls gelagert oder an Land deponiert. Durch Verschwenken der Walze 29 in Rotationsrichtung 48, Teleskoprichtung 51 und Verschwenkrichtung 50 erfolgt der Abbau des Gesteins 9. Gleichzeitig wird die Abteufvorrichtung 24 in Absenkrichtung 49 abgesenkt. Ist die maximale Absenkung erreicht, so wird die Abteufvorrichtung 24 über den Wandanschluss 36 arretiert und das Halteelement 37 wieder in den Wandanschluss 36 eingefahren, sodass die Absenkung wieder von vorne beginnen kann. Nach Erreichen der Endtiefe des Pfahls 6 werden die Abteufvorrichtung 24 und die Winden 25 entfernt. Gleichzeitig wird sofern notwendig der Überschnitt 45 verpresst und sofern ebenfalls notwendig das Innere des Pfahls 6 mit dem gelösten Gestein oder anderen Materialien wie Beton verfüllt. Weiterhin wird das Schwenkmodul 13 vom Pfahl 6 gelöst und wiederum in die Horizontale zurück geführt. Anschließend können die Vorbereitungsmaßnahmen zur Errichtung des Bauwerks auf dem so erzeugten Fundament vorgenommen werden.
Bezugszeichenliste
6 Pfahl 35 Arm
7 Wasserspiegel 36 Wandanschluss
8 Meeresgrund 37 Halteelement
9 Boden 38 Windenanschlag
10 Vorrichtung 39 Windenhaken
11 Arbeitsplattform 40 Energieanschluss
12 Trag stütze 41 Versorgungsleitung
13 Schwenkmodul 42 Versorgungswinde
14 Trägerelement 43 Sohle
15 Schwenkelement 44 Wasserspiegel im Pfahl
16 Schwenkzylinder 45 Überschnitt
17 Führungsring 46 Energieeinheit
18 erster Haltering 47 Arretierzylinder
19 zweiter Haltering 48 Rotationsrichtung
20 Halteelement 49 Absenkrichtung
21 Diagonaltraverse 50 Schwenkrichtung
22 Arretierung 51 Teleskoprichtung
23 Schubzylinder 52 Drehlager
24 Abteufvorrichtung
25 Winde
26 Plattform
27 Abbaueinheit
28 Teleskoparm
29 Walze
30 Meißel
31 Dreh werk
32 Schwenkzylinder
33 Teleskopzylinder
34 Arretiereinheit

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erstellen eines Unterwasserfundaments eines Bauwerks, bei dem ein Basiselement als Modulträger am Errichtungsort vorgesehen wird und Pfahl bereitgestellt wird, der das zu erstellende Fundament bildet oder Bestandteil des Fundaments ist, wobei der Pfahl als Hohlkörper ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Pfahl in ein Schwenkmodul eingespannt wird, dass der Pfahl durch Verschwenken des Schwenkmoduls aufgerichtet wird, bis die gewünschte Vortriebsrichtung in den Boden im Bezug auf die Horizontale erreicht wird, dass der Pfahl auf den Grund des Gewässers abgesenkt wird und bis zum Erreichen eines Grenzwertes einer Vorschubkraft in den Grund hineingedrückt wird, dass eine Abteufvorrichtung im Pfahl installiert wird und auf den Grund abgesenkt wird, dass das Gestein unterhalb des Pfahl gelöst wird und der Pfahl abgesenkt wird bis eine Endtiefe erreicht ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement eine Hubinsel, ein Ponton und/oder ein Schiff ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pfahl als Zylinder oder Quader ausgeführt ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Pfahl einen Innendurchmesser ab 4 m aufweist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubkraft über wenigstens ein am Schwenkmodul angeordnetes Vorschubelement, bevorzugt ein Hydraulikzylinder, erzeugt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Winde zum Heben und Senken der Abteufvorrichtung vorgesehen wird
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Innere des Pfahls zur Vermeidung von Grundbruch mit Wasser gefüllt ist und dass der Wasserspiegel im Pfahl die Höhe des Wasserspiegels des Gewässers aufweist oder höher als dieses ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein beim Herausschneiden des Gesteins entstehende Überschnitt nach dem Abteufen verfüllt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abteufen mit der Abteufvorrichtung vollautomatisch bzw. mannlos durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Abteufvorrichtung um eine Teilschnittvorrichtung oder eine Vollschnittvorrichtung handelt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Lösen des Gesteins Meißel oder Schälmesser verwendet werden.
12. Vorrichtung zum Erstellen eines Unterwasserfundaments eines Bauwerks mit einem Basiselement als Modulträger, ein am Basiselement angeordneten Schwenkmodul für das Verschwenken eines Pfahls, wobei an dem Schwenkmodul ein Vorschubsmodul zum Absenken des Pfahls vorgesehen ist, mit einer Arretierung zum Arretieren des Schwenkmoduls und einer Abteufvorrichtung, die innerhalb des Pfahls angeordnet ist und wenigstens einem Hubmodul zum Anheben/Absenken der Abteufvorrichtung im Pfahl vorgesehen ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement eine Hubinsel, ein Ponton und/oder ein Schiff ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Pfahl als ein Zylinder oder Quader ausgeführt ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Pfahl einen Innendurchmesser ab 4 m aufweist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass am Schwenkmodul ein Vorschubelement angeordnet ist, bevorzugt ein Hydraulikzylinder, durch den die Vorschubkraft für den Pfahl erzeugt wird.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Winde zum Heben und Senken der Abteufvorrichtung vorgesehen wird.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Abteufvorrichtung so ausgeführt ist, dass der Abteufvorgang vollautomatisch bzw. mannlos durchführbar ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Abteufvorrichtung um eine Teilschnittmaschine oder eine Vollschnittmaschine handelt.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, als Werkzeug zum Lösen des Gesteins Meißel und/oder
Schälmesser vorgesehen sind.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, die Abteufvorrichtung wenigstens eine Arretierung gegenüber der Innenwand des Pfahls aufweist und dass sich die Abteufvorrichtung gegenüber der Arretierung mit dem Abteufwerkzeug und/oder insgesamt zur Sohle hin bewegbar ist.
22. Schwenkvorrichtung zum Verschwenken eines Pfahls bei der Erstellung eines Unterwasserfundaments eines Bauwerks mit einem Trägerelement, dass auf einem Basiselement der Errichtungsvorrichtung angeordnet ist, mit einem Schwenkkörper, der über ein Drehlager und wenigstens ein Vorschubelement mit dem Trägerelement verbunden ist, wobei am Schwenkkörper ein Führungselement für den Pfahl und ein Haltering mit wenigstens einem am Haltering angeordneten Halteelement zum Arretieren des Pfahls vorgesehen sind und mit einem zweiten Haltering, der mit wenigstens einem Halteelement zum Arretieren des Pfahls versehen ist, der mit der Schwenkvorrichtung über wenigstens ein Vorschubelement zur Erzeugung einer Vorschubkraft beweglich im Bezug auf die Schwenkvorrichtung verbunden ist.
23. Schwenkvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorschubelement ein Hydraulikzylinder ist.
24. Schwenkvorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement eine Hubinsel, ein Ponton und/oder ein Schiff ist.
25. Schwenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement hydraulisch angetrieben ist.
26. Schwenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Haltering und der zweite Haltering direkt übereinander angeordnet sind und mit wenigstens einem Vorschubelement verbunden sind.
27. Schwenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungs- und Halteringe die gleiche Querschnittsform wie der Pfahl aufweisen.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Schwenkmodul um eine Schwenkvorrichtung nach einem der Patentansprüche 22 bis 27 handelt.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Schwenkmodul um eine Schwenkvorrichtung nach einem der Patentansprüche 22 bis 27 handelt.
30. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Bauwerk um eine Windkraftanlage und/oder eine Brücke handelt.
31. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenkmodul nach Erreichen der gewünschten Neigung arretiert wird.
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