WO2014124737A1

WO2014124737A1 - Schwerkraftfundament für ein offshore-bauwerk

Info

Publication number: WO2014124737A1
Application number: PCT/EP2014/000312
Authority: WO
Inventors: Timo Mayer; Klaus Weber
Original assignee: Strabag Offshore Wind Gmbh
Priority date: 2013-02-13
Filing date: 2014-02-05
Publication date: 2014-08-21
Also published as: DE102013002472A1; EP2956589A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schwerkraftfundament für ein Offshore- Bauwerk, insbesondere eine Windenergieanlage, mit einem Fundamentfuß (2) aus Spannbeton, welcher einen hohlen Betonschaft trägt. Der Fundamentfuß (2) ist mehrbeinig ausgebildet mit vom Betonschaft beabstandet liegenden Lasteinleitungsbereichen an den äußeren Enden des Fundamentfußes (2), wobei der Fundamentfuß (2) einen Zentralunterbau (4), der den Betonschaft trägt, und eine Fundamentplatte (6) aufweist.

Description

Schwerl aftfundament für ein Offshore-Bauwerk

Die Erfindung betrifft ein Schwerkraftfundament für ein Offshore-Bauwerk, insbesondere eine Windenergieanlage, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Offshore-Bauwerke werden im Meer, in Seen oder Flüssen errichtet, wobei sich deren Fundamente unter der Wasseroberfläche am Boden abstützen. Die Fundamente solcher Offshore-Bauwerke sind dabei derart auszulegen, dass sie die am Standort einwirkenden Kräfte ertragen und vollständig in den Boden ableiten. Dabei muss das Fundament beispielsweise bei einer Offshore-Windenergieanlage außer den von der Wasserumgebung eingeleiteten Kräfte auch solche Kräfte ertragen und ableiten, welche über die Rotorblätter, die Gondel und den Schaft bzw. den Mast der Windenergieanlage auf das Fundament wirken. Unter einem Schwerkraftfundament wird dabei ein solches Fundament verstanden, bei dem eine stabile Gründung für Offshore-Bauwerke wie Windenergieanlagen durch Eigengewicht geschaffen wird. Das Schwerkraftfundament steht dabei mit einem Gewicht von oft mehreren Tausend Tonnen frei auf dem Meeresgrund. Das Schwerla ftfundament wird üblicherweise an Land vorgefertigt und mit einem speziellen Baugerät zu seinem endgültigen Offshore-Standort transportiert und dort auf dem Meeresgrund abgesetzt.

EP 2 362 090 A2 offenbart eine flächenmäßige Gründung für eine Offshore-Wind- ernergieanlage, wobei ein Betonkreuz aus gekreuzten Betonbalken einen schacht- förmigen Mastuntersatz trägt. Sowohl die Betonbalken als auch der Mastuntersatz bestehen dabei aus vorgespanntem Beton. Die Lasteinleitung in den Meeresgrund erfolgt in definierten Bereichen an den äußeren Enden des Betonfußes, nämlich über die Enden des Betonkreuzes. Ein solches Schwerkraftfundament mit einer flächenmäßigen Gründung über ein Betonkreuz, an dessen Kreuzungspunkt sich der Mastuntersatz erhebt, ist ferner aus

EP 1 691 073 A2 bekannt. Das einfache Betonkreuz besteht dabei aus zwei langen Betonbalken. Die Betonbalken sind dabei als wannenförmige Profile ausgeführt, welche nach Montage an Ort und Stelle mit Ballastmaterial, zum Beispiel Sand oder Steinen, gefüllt werden können. Durch diese Erhöhung der Masse der flächenmäßigen Gründung soll die von der Gründung aufgespannte Fläche kleiner gehalten werden und dadurch die Betonbalken kürzer und damit kostengünstiger ausgelegt werden. Anstelle von vier radial nach außen weisenden Balken können auch drei, allerdings längere, fünf oder mehr Balken oder auch ein äußerer Ring vorgesehen sein, zu dem sich radiale Streben erstrecken.

Aus der US 2012/0 047 830 AI ist ein Fundament für eine Turmstruktur bekannt, wobei auf einer auf dem Boden anzuordnenden Grundplatte ein zentraler Sockel angeordnet ist. Das Fundament umfasst mehrere vorgefertigte oder vor Ort betonierte, sternförmig angeordnete Rippen mit einer horizontalen Basis. In den Rippen verlaufen Bewehrungselemente in Längsrichtung der Rippen, um diese mit der vor Ort zu betonierenden Grundplatte zu verbinden. Die Grundplatte weist ein Umfangsvorspannelement und eine Vielzahl von radial angeordneten horizontalen Vorspannelementen auf, wobei in der Grundplatte zwei Schichten horizontaler Gitter aus Bewehrungsstäben angeordnet sind. In dem Betonsockel ist ein Sockelkorb mit einer Vielzahl von vertikalen Ankerbolzen eingebettet. An den aus dem Sockel hervorstehenden Ankerbolzen wird das untere Ende eines Turmes befestigt.

Gründungen von Offshore-Bauwerken stellen aufgrund des Standortes auf hoher See besondere Anforderungen an die Bauausführung. Neben den starken zyklischen Belastungen aufgrund von Wind und Wellen führen die unvorhersehbaren wetterabhängigen Installationsbedingungen oft zu erhöhten Kosten und technischen Risiken bei der Offshore-Installation. Oft führt der Wettereinfluss bei der Bauausführung zu deutlichen Verzögerungen und damit Kostensteigerungen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schwerkraftfundament zu schaffen, welches mit möglichst kurzen Arbeitszeiten am Ort der Installation des Offshore-Bauwerks dauerhaft einen sicheren Halt für das Offshore-Bauwerk gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Schwerkraftfundament mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Fundamentfuß einen Zentralunterbau, der den Betonschaft trägt, und eine Fundamentplatte aufweist, welche mit einer polygonalen Kontur drei sternförmig aufgespannte Lasteinleitungsbereiche aufweist. Die Fundamentplatte besteht dabei aus Spannbeton, wobei horizontale Spannglieder der Fundamentplatte jeweils im Wesentlichen senkrecht zu den Seiten eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind und an den Rändern der Fundamentplatte verankert sind. Der Zentralunterbau nimmt dabei vertikale Spannglieder des Betonschafts auf. Auf diese Weise ist ein dreibeiniges Schwerkraftfundament geschaffen, bei dem ein Lastabtrag über drei Lasteinleitungsbereiche erfolgt, welche stets in einer Ebene liegen. Beim Absetzen des Schwerkraftfundaments auf dem Meeresboden kann daher auf eine bisher erforderliche Kontaktverpressung der Aufstandsfläche verzichtet werden, so dass die Bauausführung am Installationsort beschleunigt werden kann. Das Schwerkraftfundament kann dabei vollständig oder wenigstens zum größten Teil an Land vorgefertigt und rasch installiert werden, wodurch das Risiko von wetterbedingten Verzögerungen bei der Bauausführung reduziert ist.

Durch die Anordnung horizontaler Spannglieder, im Wesentlichen senkrecht zu den Seiten eines gleichseitigen Dreiecks, wird eine effektive Vorspannung des Materials der Fundamentplatte gewährleistet. Die horizontalen Spannglieder erstrecken sich durch die senkrechte Ausrichtung bezüglich der Seiten eines gleichseitigen Dreiecks in Richtung der sternförmig aufgespannten Lasteinleitungsbereiche. Zudem hat sich gezeigt, dass der Querdruck aufgrund der horizontalen Spannglieder sich günstig auf den

Krafteinleitungsbereich der Ankerkörper der vertikalen Spannglieder auswirkt. Zwar liegt aufgrund des Gewichts des Schwerkraftmoments und der Vorspannung der horizontalen Spannglieder zum Zeitpunkt des Vorspannens der vertikalen Spannglieder ein mehraxialer Spannungszustand vor, welcher jedoch beherrschbar ist und bei der Auslegung der Verankerung der vertikalen Spannglieder berücksichtigt werden kann.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Schwerkraftfundaments mit einem

Fundamentfuß mit einer polygonalen Fundamentplatte mit drei sternförmig aufgespannten Lasteinleitungsbereichen sind die erforderlichen Tätigkeiten bei der Bauausführung vor Ort reduziert und zudem vereinfacht. Die Verkürzung der Arbeitsgänge bei der Installation des Schwerkraftfundaments schafft zusätzliche Möglichkeiten bei · unstetem Wetter und insbesondere zu erwartenden wetterbedingten Arbeitsunterbrechungen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Fundamentplatte an ihrem Rand paarweise parallele Ankerabschnitte zur Aufnahme von Verankerungsmitteln der horizontalen Sparmglieder auf, wobei jeweils einer der parallelen Ankerabschnitte auf den Seiten eines gleichseitigen Dreiecks liegt. Auf diese Weise ist eine Vorspannung der Fundamentplatte in sämtlichen Richtungen in der Ebene der

Fundamentplatte möglich, in welcher Kräfte und Momente über die Lasteinleitungsbereiche des Dreibeins definiert in den Meeresboden abgeleitet werden. Die

horizontalen Spannglieder erstrecken sich dabei senkrecht zu dem jeweiligen Ankerabschnitt ins Innere der Fundamentplatte und können an einer derartigen Kontur zuverlässig verspannt werden. Bevorzugt ist die Fundamentplatte sechseckig mit drei langen und drei kurzen Anker- abschnitten jeweils gleicher Länge ausgebildet, wobei die kurzen Ankerabschnitte die Lasteinleitungsbereiche des Fundamentfußes bilden. Bei einer derartigen Kontur ist neben einer regelmäßigen Vorspannung der Fundamentplatte aus Spannbeton auch eine möglichst weite radiale Entfernung der Lasteinleitungsbereiche vom Zentrum des Schwerkraftfundaments gegeben, so dass ein optimales Verhältnis von Stabilität des Fundamentfußes und der Lastableitung in den Meeresboden gegeben ist.

In einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung sind mehrere entsprechend den Lasteinleitungsbereichen radial angeordnete Ballastbehälter vorgesehen, welche jeweils durch zwei parallel angeordnete Radialwände begrenzt sind. Durch die polygonale Kontur der Fundamentplatte begrenzen dabei die paarweise angeordneten Radialwände nicht nur jeweils einen Ballastbehälter, sondern schaffen zusätzliche Ballastbehälter mit der jeweils zugewandt liegenden Radialwand eines benachbarten Ballastbehälters.

Anders ausgedrückt steht zwischen den sternförmig aufgespannten Ballastbehältern mit ihren jeweiligen parallelen Radial wänden zusätzlicher, durch die Radial wände begrenzter Raum zur Anordnung von Ballast zur Verfügung. Auf diese Weise kann auf einer geringen Fläche eine große Ballastmasse angeordnet werden und dadurch die Stabilität des Schwerkraftfundaments gefördert werden.

Als Ballast werden bevorzugt geotextile Sandcontainer eingebracht. Diese Sandcontainer bestehen aus einem geotextilen Material, d. h., dass das Material wasserdurchlässig ist. Derartige geotextile Sandcontainer werden üblicherweise für die Sohl- sicherung des Offshore-Bauwerks verwendet und stehen damit am Installationsort zur Verfügung. Durch die größtmögliche Nutzung der Fundamentplatte zur Anordnung von Ballast kann auf bisher erforderliche weitere Maßnahmen zur Erhöhung der Masse des Schwerkraftfundaments verzichtet werden, wie beispielsweise lose Sandeinspülungen in den Fundamentfuß oder den hohlen Betonschaft. Damit ist der Installationsaufwand weiter reduziert. Bei schwierigen Standorten kann jedoch eine zusätzliche Ballastierung, beispielsweise durch eine lose Sandeinspülung in den Betonschaft, für eine zusätzliche Standsicherheit sorgen.

Vorteilhaft sind die horizontalen Spannglieder jeweils in ebenen Lagen mit mehreren parallel liegenden Spanngliedern in unterschiedlichen Höhen innerhalb der Fundamentplatte angeordnet, wodurch eine gleichmäßige und flächige Vorspannung der

Fundamentplatte gewährleistet ist. Dabei wird eine interne Vorspannung mit nachträglichem Verbund eingesetzt, wobei während der Herstellung der Betonstruktur Hüll- rohre und Ankerkörper eingebaut werden und nach Erhärtung des Betons Litzen in die Hüllrohre eingezogen werden. Die Litzen werden in den Ankerkörpern verkeilt und gespannt. Nach dem Aufbringen der gewünschten Vorspannung werden die Hüllrohre mit Verpressmörtel, einer speziellen Zementsuspension, ausgepresst und dadurch ein kraft- schüssiger Verbund zwischen den Litzen und dem Beton hergestellt. Auf diese Weise sind der Verbund und gleichzeitig ein Korrosionsschutz bereitgestellt. Die horizontalen Spannglieder werden entlang der drei sternförmigen Achsen entsprechend den Lasteinleitungsbereichen des Fundamentfußes ausgehend von verstärkten Verankerungsabschnitten vorzugsweise mit minimalen Achsabständen eingebaut, so dass eine große Vorspannung aufgebracht werden kann. Die horizontalen Spannglieder erstrecken sich somit zwischen jeweils einem kurzen Verankerungsabschnitt, der dem Lasteinleitungsbereich entspricht, und einem gegenüberliegenden langen Verankerungsabschnitt.

Im Bereich eines Verankerungsabschnitts, vorzugsweise eines den Lasteinleitungsbereichen gegenüberliegenden langen Verankerungsabschnitts, werden die horizontalen Spannglieder in vertikaler Richtung derart verschwenkt angeordnet, dass sich die drei Lagen paralleler horizontaler Spannglieder in ihrem Kreuzungsbereich in unterschiedlichen Ebenen befinden. Unter Verschwenken wird dabei eine entsprechend gekrümmte Anordnung der Spannglieder bzw. der Hüllrohre vor dem Erhärten der Fundamentplatte aus Spannbeton verstanden. Abgesehen von der vertikalen Ver- Schwenkung verlaufen die horizontalen Spannglieder in jeder der drei Lagen jeweils eben durch die Fundamentplatte.

Vorteilhaft ist der Betonschaft im Bereich des Zentralunterbaus mit einer radial erweiterten Schaftaufweitung ausgebildet, wobei in der Schaftaufweitung vertikale Unterbau-Spannglieder intern mit Verbund angeordnet sind. Die vertikalen Unterbau- Spannglieder sind dabei an der Unterseite der Fundamentplatte verankert und sorgen für eine Vorspannung des Zentralunterbaus. Dabei weist die Schaftaufweitung in bevorzugter Ausführungsform einen der polygonalen Kontur der Fundamentplatte entsprechenden Querschnitt auf. Die vertikalen Unterbau- Spannglieder sind als interne Spannglieder mit Verbund montiert und können aufgrund dieser Bauweise auf geeignete Art verschwenkt und entsprechend der polygonalen Kontur angeordnet werden, wodurch sowohl die vertikalen Unterbau- Spannglieder als auch die horizontalen Spannglieder in der Fundamentplatte angeordnet werden können. Eine leichte Montage der vertikalen Unterbau-Spannglieder mit Verbund im Zentralunterbau unter Berücksichtigung des engen Bewehrungsnetzes der horizontalen Spannglieder in der Fundamentplatte ist gegeben, wenn die vertikalen Unterbau-Spannglieder mit Verbund in drei Gruppen zusammengefasst angeordnet sind, welche jeweils in den Ecken eines durch die polygonale Kontur bestimmten Dreiecks liegen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der Betonschaft und der Fundamentfuß einteilig ausgebildet. Das integrierte Bauteil mit Betonschaft und Fundamentfuß wird dabei in Ortbetonbauweise, beispielsweise durch Befüllen vorbereiteter Schalungen, gefertigt. Das gesamte Bauteil kann somit an Land vorgefertigt werden und wird in fertigem Zustand zum Ort der Offshore-Montage transportiert. Die vertikalen Spannglieder des Betonschafts sind dabei intern mit Verbund angeordnet und durch den Zentralunterbau geführt, wo diese vertikalen Spannglieder in eine derartige Lage und Ausrichtung verschwenkt sind, dass sie die Unterbau-Spannglieder bilden. Mit durchgehenden vertikalen Spanngliedern wird dabei sowohl der Betonschaft als auch der Zentralunterbau verspannt.Vorteilhaft werden die vertikalen Spannglieder in einem Abschnitt des Betonschafts in Richtung ihrer gruppenweisen Anordnung verschwenkt angeordnet und sind im Bereich des Konus ausschließlich radial verschwenkt.

In einer alternativen Ausführungsform zur Ortbetonbauweise ist eine Fertigteilbauweise vorgesehen, wobei der Betonschaft mit der Schaftaufweitung ein einzelnes Bauteil ist.

Die vertikalen Spannglieder des Betonschafts sind als externe Spannglieder ausgebildet und am Umfang des Betonschafts angeordnet. Die vertikalen Spannglieder sind dabei im Schaftkopf des Betonschafts, vorzugsweise mittels Mehrflächenankerkörpern, verankert. Die Ankerkörper der vertikalen Spannglieder sind dabei im Schaftkopf vor der korrosionsfördernden Umgebung des Offshore-Bauwerks geschützt. Die vertikalen Spannglieder sind vorteilhaft aus dem Beton des Schaftkopfs ins Innere des Betonschafts verschwenkt und sind dort als externe Spannglieder mit Umlenksätteln geführt. In der Schaftaufweitung des Betonschafts sind zusätzliche vertikale Unterbau- Spannglieder intern mit Verbund angeordnet, welche sich mit den externen Spanngliedern des Betonschafts übergreifen. Die intern mit Verbund angeordneten Unterbau-Spannglieder stellen dabei eine durchgehende Vorspannung des gesamten Bauteils bis unter die Fundamentplatte sicher.

In vorteilhafter Ausführung der Erfindung weist der Zentralunterbau des Fundament- fußes in der Fertigteilbauweise eine Ringkonsole auf, welche Spannanker der vertikalen Spannglieder aufnimmt. Die Ringkonsole wird dabei im Zentralunterbau in einem Abstand zur Fundamentplatte angeordnet, so dass eine Fertigung des Betonschafts mit vertikalen Spannelementen und die Anordnung horizontaler Spannelemente in der Fundamentplatte möglich sind.

In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung weist der Fundamentfuß in den Lasteinleitungsbereichen an der Unterseite der Fundamentplatte hervorstehende Pratzen auf. Unter Pratzen sind dabei Bauteile zu verstehen, welche über die Ebene der

Fundamentplatte vorstehen und eine sichere Auflage bei kontrollierter Lastableitung in den Meeresboden gewährleisten. Durch die hervorstehenden Pratzen, welche als Fußplatte ausgebildet sein können, liegt der Mittelteil des Fundamentfußes, über den sich der Betonschaft erhebt, hohl, wodurch die Belastungen des Schwerkraftfundaments über die Pratzenfläche als flächige Gründung aufgenommen und über Bodenpressung an den Meeresboden weitergegeben werden.

Vorteilhaft weist der Fundamentfuß die Pratzen umgebende Schürzen auf, welche die Sohlfuge gegen Unterspülen und Erosion sichern.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert ist. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Schwerkraftfundaments in Ortbetonbauweise,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Zentralunterbau des Schwerkraftfundaments gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der horizontalen Spannglieder in der

Fundamentplatte des Schwerkraftfundaments gemäß Fig. 1 ,

Fig. 4 eine Draufsicht des Zentralunterbaus mit schematischer Darstellung vertikaler Spannglieder,

Fig. 5 einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Schwerkraftfundaments in Fertigteilbauweise. In sämtlichen Zeichnungsfiguren und der nachfolgenden Beschreibung sind für jeweils gleiche Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet.

Fig. 1 bis 4 zeigen ein Schwerkraftfundament 1 für eine Windenergieanlage mit einem Fundamentfuß 2, welcher auf dem Meeresboden 3 steht und mit einem Zentralunterbau 4 einen hohlen Betonschaft 5 trägt. Das Schwerkraftfundament 1 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als integrales Bauteil in Ortbetonbauweise gefertigt. Ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Ausführung des Schwerkraftfundaments in Fertigteilbauweise ist unten anhand von Fig. 5 erläutert.

Der Fundamentfuß 2 umfasst eine Fundamentplatte 6 aus Spannbeton, welche mit einer polygonalen Kontur, die in der Draufsicht gemäß Fig. 2 erkennbar ist, drei sternförmig aufgespannte Lasteinleitungsbereiche 7 an den äußeren Enden des Fundamentfußes 2 ausbildet. Der Fundamentfuß 2 weist in den Lasteinleitungsbereichen 7 an der Unterseite der Fundamentplatte 6 hervorstehende Pratzen 8 auf, welche im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel als Fußplatten ausgebildet sind. Das Schwerkraftfundament 1 liegt dadurch nur mittels der Pratzen 8 auf dem Meeresboden 3 auf, während der zentrale Teil des Fundamentfußes 2, das heißt der Zentralunterbau 4, welcher den Betonschaft 5 trägt, nicht aufliegt. Das Schwerkraftfundament 1 leitet somit die Belastungen aus Kräften und daraus resultierenden Momentenbeanspruchungen über die außen liegenden Pratzen 8 in Form von Sohlspannungen direkt in den Meeresboden 3 ab. Ein Kippen des Schwerkraftfundaments 1 wird durch sein hohes Eigengewicht verhindert. Der

Fundamentfuß 2 weist ferner die Pratzen 8 umlaufend umgebende Schürzen 9 auf, welche ein Unterspülen der Pratzen bzw. eine Erosion der Sohlfuge verhindern. Die Schürzen 9 bestehen im Ausführungsbeispiel aus Stahl.

Für den unwahrscheinlichen Fall einer Schiefstellung des Schwerkraftfundaments 1 außerhalb vorgegebener Toleranzen können einzelne Pratzen 8 mittels Hebungsinjektion angehoben werden. Das Anheben einzelner Pratzen, mit dem aufgrund der dreibeinigen Konstruktion unmittelbar die Ausrichtung der Ebene der Flächengründung beeinflusst wird, ist sowohl direkt im Anschluss an die Installation des Schwerkraftfundaments als auch jederzeit während der Betriebsphase des Offshore-Bauwerks möglich.

Zur Bereitstellung eines hohen Eigengewichts des Schwerkraftfundafnents 1 weist der Fundamentfuß 3 entsprechend den Lasteinleitungsbreichen 7 radial angeordnete Ballastbehälter 10 auf, welche jeweils durch zwei parallel angeordnete Radialwände 26 (Fig. 2) begrenzt sind. Die Radialwände 26, welche aus der Fundamentplatte 6 hervorstehen, begrenzen zudem sekundäre Ballastbehälter 11 , welche zwischen den Lasteinleitungsbereichen 7 liegen. Die Ballastbehälter 10 und die sekundären Ballastbehälter 11 sind jeweils durch außen liegende Stirnwände 12, welche gleichfalls aus der Fundamentplatte 6 in Richtung des Betonschafts 5 hervorstehen, nach außen abgeschlossen. In die Ballastbehälter 10, 11 werden nach dem Absenken des Schwerkraftfundaments 1 auf den Meeresboden 3 Ballaststücke, insbesondere geotextile Sandcontainer, eingefüllt. Ein Hohlraum 13 im Zentralunterbau 4 wird mit Wasser geflutet und kann bei Bedarf ebenfalls zur Erhöhung des Eigengewichts mittels einer losen Sandeinspülung mit Material befüllt werden.

Der Betonschaft 5, der Zentralunterbau 4 des Fundamentfußes 2 und die Fundamentplatte 6 bestehen aus vorgespanntem Beton.

Der Betonschaft 5 weist einen oberen, zylindrischen Abschnitt 33 und einen unteren, dem Fundamentfuß 3 zugewandt liegenden, konischen Abschnitt 34 auf. Durch die konische Ausführung des unteren Abschnitts 34 kann das Schwerkraftfundament 1 im unteren Bereich hohe Belastungen aufnehmen, wobei im Vergleich zu einem durchgehenden zylindrischen Betonschaft mit einem auf die Belastungen abgestimmten Durchmesser deutlich an Masse eingespart ist. Der zylindrische Abschnitt 33 ragt dabei in Einbaulage des Offshore-Bauwerks über die Wasseroberfläche 30 hinaus. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind der zylindrische Abschnitt 33 und der konische Abschnitt 34 des Betonschafts 5 etwa gleich lang, wobei der konische Abschnitt 34 entsprechend den zu erwartenden Belastungen konfiguriert ist.

Aus der Draufsicht des Fundamentfußes 2 gemäß Fig. 2 und der Darstellung

horizontaler Spannglieder 18 in der Fundamentplatte 6 gemäß Fig. 3 ist die polygonale Kontur der Fundamentplatte 6 ersichtlich, welche drei sternförmig aufgespannte Lasteinleitungsbereiche 7 aufweist. Die horizontalen Spannglieder 18 der Fundamentplatte 6 sind jeweils senkrecht zu den Seiten 19 eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet und am Rand 20 der Fundamentplatte 6 verankert. Die Fundamentplatte 6 weist an ihrem Rand 20 paarweise parallele Ankerabschnitte 21, 22 auf, wobei jeweils einer der parallelen Ankerabschnitte 21 auf den Seiten 19 des gleichseitigen Dreiecks liegt. Die Fundamentplatte 6 ist mit einer sechseckigen Kontur mit drei langen Ankerabschnitten 21 und drei kurzen Ankerabschnitten 22 jeweils gleicher Länge ausgebildet, wobei die kurzen Ankerabschnitte 22 die Lasteinleitungsbereiche 7 des Fundamentfußes 2 bilden.

Die horizontalen Spannglieder 18 sind als interne Spannglieder mit anschließendem Verbund ausgeführt und jeweils in ebenen Lagen 23, 24, 25 mit mehreren parallel liegenden Spanngliedern 18 in unterschiedlichen Höhen innerhalb der Fundamentplatte 6 angeordnet. Jedes horizontale Spannglied 18 besteht dabei aus einem einbetonierten Hüllrohr, durch das eine oder mehrere Litzen gezogen werden. Die Litzen der Spannglieder bestehen vorzugsweise aus Spannstahl der Qualität Y 1860. Die horizontalen Spannglieder 18 werden dabei mit minimalem Abstand zueinander in der jeweiligen Lage mehrerer Spannglieder 18 angeordnet und bilden so im Zentrum des Fundamentfußes 2 ein enges Bewehrungsnetz. Dabei haben sich für ein vorteilhaftes dreibeiniges Schwerkraftfundament vierzehn Spannglieder pro Bein des Fundamentfußes 2 als vorteilhaft erwiesen. Die Verankerungsabschnitte 21, 22 sind etwa 10 cm dicker ausgeführt als die Stirnwände 12 der Ballastbehälter 10, 11, so dass der minimale Randabstand in den Verankerungsabschnitten 21, 22 eingehalten ist. Die horizontalen Spannglieder 18 sind im Bereich eines Ankerabschnitts 21 in vertikaler Richtung derart verschwenkt, dass sie unterschiedliche axiale Höhen innerhalb der Fundamentplatte 6 erreichen. Die Lagen 23, 24, 25 von horizontalen Spanngliedern verlaufen, abgesehen von der Verschwenkung im Bereich des Ankerabschnitts 21, im Wesentlichen horizontal durch die Fundamentplatte 6. Die Verschwenkung der horizontalen Spannglieder 18 wird bevorzugt im Bereich der langen Ankerabschnitte 21 angeordnet, welche den Lasteinleitungsbereichen 7 des Fundamentfußes 2 gegenüber liegen.

Aus der Draufsicht des Fundamentfußes 2 gemäß Fig. 2 ist ferner die Ausbildung radial angeordneter Ballastbehälter 10 durch jeweils zwei parallel angeordnete Radialwände 26 ersichtlich, wobei die Ballastbehälter 10 entsprechend den Lasteinleitungsbereichen 7 ausgerichtet sind. Die Radialwände 26 stehen aus der Fundamentplatte 6 hervor und begrenzen, zusätzlich zu den radialen Ballastbehältern 10, sekundäre Ballastbehälter 11 in den Zwischenräumen der radialen Ballastbehälter 10, welche in Überdeckung mit den Lasteinleitungsbereichen 7 liegen.

Der Betonschaft 5 ist im Bereich des Zentralunterbaus 4 mit einer radial erweiterten Schaftaufweitung 28 ausgebildet, welche einen der polygonalen Kontur der Fundamentplatte 6 entsprechenden Querschnitt aufweist. Der Zentralunterbau 4 schließt dadurch die Ballastbehälter 10, 11 an deren Innenseiten ab.

Der Betonschaft 5 wird mittels vertikaler Spannglieder 14 vorgespannt, welche im Bereich eines Schaftkopfs 15 am freien Ende des Betonschafts 5 verankert sind. Zur Vorspannung des Zentralunterbaus 4 sind im Bereich der Schaftaufweitung 28 vertikale Unterbau- Spannglieder 27 intern mit Verbund angeordnet und auf der Unterseite der Fundamentplatte 6 verankert. In dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist der Betonschaft 5 und der Fundamentfuß 3 in Ortbetonbauweise einteilig ausgeführt, wobei die vertikalen Spannglieder 14 des Betonschafts 5 intern mit Verbund angeordnet sind und durch den Zentralunterbau 4 geführt sind, wo sie die Unterbau- Spannglieder 27 bilden. Die Anordnung der vertikalen Unterbau-Spannglieder 27 ist nachstehend anhand von Fig. 4 näher erläutert.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht des Zentralunterbaus 4 in Richtung des Pfeils 29 in Fig. 1 , wobei die Kontur der Fundamentplatte 6 aus Zwecken der Erläuterung vereinfacht ohne die angeschlossenen Ballastbehälter und die Draufsicht auf die Fundamentplatte gezeigt ist. Die vertikalen Spannglieder 14 sind im Zentralunterbau 4 als Unterbau- Spannglieder 27 in drei Gruppen zusammengefasst angeordnet, welche jeweils in den Ecken eines durch die polygonale Kontur der Schaftaufweitung 28 bestimmten Dreiecks liegen. Hierzu werden die vertikalen Spannglieder 14 entsprechend verschwenkt in der Betonmasse angeordnet. Die vertikalen Spannglieder 14 liegen im Bereich des Schaftkopfs 15 und einem oberen Abschnitt des Betonschafts 5 in einer kreisförmigen Anordnung 31 und sind in ihrem weiteren Verlauf in Richtung der Fundamentplatte in die in Fig. 4 gezeigte sechseckige Anordnung 32 verschwenkt, in der die vertikalen Unterbau- Spannglieder 27 in Gruppen zusammengefasst liegen. Die Spannglieder 14 werden dabei bereits im Betonschaft 5 von der kreisförmigen Anordnung 31 in Richtung der sechseckigen Anordnung 32 verschwenkt, wobei das Verziehen der Spannglieder 14 im Zentralunterbau 4 unterhalb des konischen Abschnitts 34 nur noch radial erfolgt. Wie insbesondere in Fig. 3 ersichtlich ist, liegen die Gruppen von vertikalen Unterbau- Spanngliedern 27 im Zentralunterbau 4 jeweils außerhalb des mittig liegenden

Bewehrungsnetzes, in dem sämtliche drei Lagen von horizontalen Spanngliedern 18 in Überdeckung zueinander liegen. Die vertikalen Spannglieder 27, welche durch den Zentralunterbau 4 verlaufen und die Fundamentplatte 6 durchdringen, können dadurch außerhalb des dichten Bewehrungsnetzes angeordnet werden.

Die vertikalen Spannglieder 14 des Betonschafts 5 (Fig. 1) werden vorkonfektioniert, so dass die gesamte Verankerung im Bereich des Schaftkopfs 15 vormontiert werden kann. Die Spannlitzen der vertikalen Spannglieder 14 des Betonschafts 5 werden mittels Presshülsen gesichert, wodurch am Festanker kein Keilschlupf auftritt.

In einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel eines Schwerkraftfundaments in Fertigteilbauweise ist der Betonschaft 5' mit der Schaftaufweitung 28, wie in Fig. 5 gezeigt, ein einzelnes Bauteil. Abgesehen von den nachstehenden Unterschieden entspricht das Schwerkraftfundament dem Aufbau des Ausfuhrungsbeispiels in Ortbetonbauweise gemäß Fig. 1 bis Fig. 4.

Die vertikalen Spannglieder 14' sind in der Ausführung des Betonschafts 5' in

Fertigteilbauweise als externe Spannglieder ausgebildet und werden über Mehrflächen- ankerkörper 17 im Bereich des Schaftkopfs 15' verspannt, so dass die vertikalen Spannglieder im Inneren des Schaftkopfs 15' vor der korrosionsfordernden Umgebung des Offshore-Bauwerks, insbesondere salzhaltiger Luft, geschützt sind. Die vertikalen Spannglieder 14 'werden innerhalb des Schaftskopfs 15' in das Innere des Betonschafts 5' verschwenkt, wo sie als externe Spannglieder an Umlenkstellen über Umlenksättel 35 geführt sind. Die vertikalen Spannglieder 14' sind am Umfang des Betonschafts 5' verteilt und werden mittels einer Ringkonsole 17 im Bereich des Zentralunterbaus 4 gehalten. Im Bereich der Ringkonsole 17 sind entsprechende Spannanker vorgesehen. In einem vorteilhaften Ausfuhrungsbeispiel wird der Betonschaft 5 ' mittels vierundachtzig externer Spannglieder 14' vorgespannt, welche im Schaftkopf 15' verankert sind. Die Ringkonsole 17 wird vorteilhaft etwa in der Mitte des Zentralunterbaus 4 in einem Abstand von beispielsweise 3,5 Meter zur Fundamentplatte 6 angeordnet. Die Ringkonsole 17 liegt dabei oberhalb einer Austrittshöhe von Kabelschutzrohren. In der Schaftaufweitung 28 des Zentralunterbaus 4 sind die vertikalen Unterbau-Spannglieder 27' im Unterschied zur Ortbetonbausweise als intern im Verbund angeordnete Spannglieder zusätzlich zu den externen Spanngliedern 14 'vorgesehen. Die Unterbau-Spannglieder 27 'sind dabei analog zu der Darstellung in Fig.4 verschwenkt und in drei Gruppen entsprechend der polygonalen Kontur der Schaftaufweitung 28 angeordnet. Um eine durchgehende Vorspannung des Schwerkraftfundaments bis unter die

Fundamentplatte sicherzustellen, übergreifen die Unterbau- Spannglieder 27 'axial mit den extern angeordneten Spanngliedern 14 'im Betonschaft 5'. Vorzugsweise werden als Unterbau-Spannglieder 27' vierundzwanzig interne Spannglieder mit jeweils zweiundzwanzig Litzen eingesetzt.

Nach dem Vorspannen des Betonschafts wird der gesamte Schaftkopf 15 ' mit den darin aufgenommenen Spanneinrichtungen aus Korrosionschutzgründen in Vergussmörtel eingebettet.

Die Spannanker der vertikalen Spannglieder 27 im Zentralunterbau 4 und der

Fundamentplatte 6 sind vorzugsweise als Plattenanker ausgeführt. Die horizontalen Spannglieder 18 der Fundamentplatte 6 sind beidseitig mit Mehrflächenankern verankert.

Claims

Ansprüche

1. Schwerla ftfundament für ein Offshore-Bauwerk, insbesondere eine Windenergieanlage, mit einem Fundamentfuß (2) aus Spannbeton, welcher einen hohlen Betonschaft (5, 5') trägt, wobei der Fundamentfuß (2) mehrbeinig ausgebildet ist mit vom Betonschaft (5, 5') beabstandet liegenden Lasteinleitungsbereichen (7) an den äußeren Enden des Fundamentfußes (2),

dadurch gekennzeichnet, dass der Fundamentfuß (2) einen Zentralunterbau (4), der den Betonschaft (5, 5') trägt, und eine Fundamentplatte (6) aus Spannbeton aufweist, welche mit einer polygonalen Kontur drei Lasteinleitungsbereiche (7) sternförmig aufspannt, wobei horizontale Spannglieder (18) der Fundamentplatte (6) jeweils im Wesentlichen senkrecht zu den Seiten (19) eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind und am Rand (20) der Fundamentplatte (6) verankert sind, und wobei der Zentralunterbau (4) vertikale Spannglieder (14, 14') des Betonschafts (5, 5') aufnimmt.

2. Schwerkraftfundament nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass die Fundamentplatte (6) an ihrem Rand (20) paarweise parallele Ankerabschnitte (21, 22) zur Aufnahme von Verankerungsmitteln der horizontalen Spannglieder (18) aufweist, wobei jeweils einer der parallelen Ankerabschnitte (21, 22) auf den Seiten (19) eines gleichseitigen Dreiecks liegen.

3. Schwerkraftfundament nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass die Fundamentplatte (6) sechseckig mit drei langen Ankerabschnitten (21) und drei kurzen Ankerabschnitten (22) jeweils gleicher Länge ausgebildet ist, wobei die kurzen Ankerabschnitte (22) den Last- einleistungsbereichen (7) des Fundamentfußes (2) zugeordnet sind.

4. Schwerkraftfundament nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass mehrere entsprechend den Lasteinleitungsbereichen (7) radial angeordnete Ballastbehälter (10) vorgesehen sind, welche jeweils durch zwei parallel angeordnete Radialwände (26) begrenzt sind.

5. Schwerkraftfundament nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass die horizontalen Spannglieder (18) jeweils in ebenen Lagen (23, 24, 25) mit mehreren parallel liegenden Spanngliedern (18) in unterschiedlichen Höhen innerhalb der Fundamentplatte (6) angeordnet sind.

6. Schwerkraftfundament nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass der Betonschaft (5, 5') im Bereich des Zentralunterbaus (4) mit einer radial erweiterten Schaftaufweitung (28) ausgebildet ist, wobei in der Schaftaufweitung (28) vertikale Unterbau-Spannglieder (27, 27') intern mit Verbund angeordnet sind und auf der Unterseite der Fundamentplatte (6) verankert sind.

7. Schwerkraftfundament nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, dass die Schaftaufweitung (28) einen der polygonalen Kontur der Fundamentplatte (6) entsprechenden Querschnitt aufweist, wobei die vertikalen Unterbau- Spannglieder (27, 27') in drei Gruppen zusammengefasst angeordnet sind, welche jeweils in den Ecken eines durch die polygonale Kontur bestimmten Dreiecks liegen.

8. Schwerkraftfundament nach Anspruch 6 oder 7,

dadurch gekennzeichnet, dass der Betonschaft (5) und der Fundamentfuß (2) ein-' teilig ausgebildet sind, wobei die vertikalen Spannglieder (14) des Betonschafts (5) intern mit Verbund angeordnet sind und durch den Zentralunterbau (4) geführt sind, wo diese vertikalen Spannglieder (14) in eine derartige Lage und Ausrichtung verschwenkt angeordnet sind, dass sie die Unterbau-Spannglieder (27) bilden.

9. Schwerkraftfundament nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, dass die vertikalen Spannglieder (14) in einem Abschnitt des Betonschafts (5) in Richtung ihrer gruppenweisen Anordnung verschwenkt angeordnet sind und im Bereich der Schaftaufweitung (28) ausschließlich radial verschwenkt angeordnet sind.

10. Schwerkraftfundament nach Anspruch 6 oder 7,

dadurch gekennzeichnet, dass der Betonschaft (5') mit der Schaftaufweitung (28) ein einzelnes Bauteil ist, wobei die vertikalen Spannglieder (14') des Betonschafts (5 ') als externe Spannglieder ausgebildet sind und mittels Mehrflächen- ankerkörpern im Schaftkopf (15') des Betonschafts (5) verankert sind, und wobei in der Schaftaufweitung (28) als vertikale Unterbau- Spannglieder (27') zusätzliche Spannglieder intern mit Verbund angeordnet sind, welche sich mit den vertikalen Spanngliedern (14') des Betonschafts (5') übergreifen.

11. Schwerkraftfundament nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralunterbau (4) eine Ringkonsole (17) aufweist, welche die vertikalen Spannglieder (14') des Betonschafts (5') aufnimmt.

12. Schwerkraftfundament nach einem der Ansprüche 1 bis 11,

dadurch gekennzeichnet, dass der Fundamentfuß (2) in den Lasteinleitungsbereichen (7) an der Unterseite der Fundamentplatte (6) hervorstehende Pratzen (8) aufweist.

13. Schwerkraftfundament nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet, dass der Fundamentfuß (2) die Pratzen (8) umgebende Schürzen (9) aufweist.