WO2019201714A2 - Fundament für eine windkraftanlage - Google Patents

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WO2019201714A2
WO2019201714A2 PCT/EP2019/059135 EP2019059135W WO2019201714A2 WO 2019201714 A2 WO2019201714 A2 WO 2019201714A2 EP 2019059135 W EP2019059135 W EP 2019059135W WO 2019201714 A2 WO2019201714 A2 WO 2019201714A2
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horizontal
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foundation according
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WO2019201714A3 (de
Inventor
Gregor Prass
Christoph Schriefer
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Universelle-Fertigteil-Fundamente GmbH
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02DFOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D27/00Foundations as substructures
    • E02D27/32Foundations for special purposes
    • E02D27/42Foundations for poles, masts or chimneys
    • E02D27/425Foundations for poles, masts or chimneys specially adapted for wind motors masts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D13/00Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F03D13/22Foundations specially adapted for wind motors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/728Onshore wind turbines

Definitions

  • the invention relates to a foundation for a wind turbine, wherein the foundation substantially prefabricated elements, preferably of reinforced concrete, having a first, vertically extending socket-like running portion on which a tower of the wind turbine can be arranged, and a second substantially horizontally extending portion as a foundation body, which is in contact with the ground, wherein the first portion is disposed above the second portion and at least one closed base member, preferably sleeve-shaped, which is made annular or polygonal, and wherein the second portion of at least two horizontal elements is formed, and a method for its preparation.
  • the foundation substantially prefabricated elements, preferably of reinforced concrete, having a first, vertically extending socket-like running portion on which a tower of the wind turbine can be arranged, and a second substantially horizontally extending portion as a foundation body, which is in contact with the ground, wherein the first portion is disposed above the second portion and at least one closed base member, preferably sleeve-shaped, which is made annular or polygonal, and wherein
  • Foundations for wind turbines are essentially designed as in situ concrete foundations. For this purpose, a pit is dug at the construction site, this is provided with a clean layer. Then the formwork and the reinforcement are erected and filled with concrete on site. In this case, a planar body is optionally constructed with a pedestal, see for example US 20160369520 A1 or WO 2008/036934 A2. In addition to the transport costs due to the delivery of the concrete, the formwork and the reinforcement, this is very labor intensive on site. Also, the quality assurance is complicated or problematic depending on the weather. Furthermore, the dismantling after the end of the life of the wind turbine is expensive and very expensive.
  • WO 2008/036934 A2 shows a combination of prefabricated elements and classic shuttering / reinforcement construction. As a result, the aforementioned disadvantages are only slightly reduced.
  • EP 1058787 B1 discloses a foundation for a wind power plant in order to erect wind turbines offshore, which are completely preassembled - that is to say including foundation - transported and deposited in one piece at the construction site on the seabed.
  • the foundation has individual prefabricated segments. These can be made of concrete.
  • the base section consists of circular rings.
  • the planar section consists of individual in the base trapezoidal basic elements on which the base portion is mounted vertically at the inner end having vertical passages.
  • the flat base sections are connected to each other by tongue and groove connections.
  • the base portion and the flat base portion are connected to a diagonal brace for stiffening.
  • the circular segments of the base portion also have vertical passages.
  • EP 1 058 787 B1 discloses a foundation of individual prefabricated concrete parts, with a surface portion and a base portion, wherein at least these two portions are connected to each other vertically and horizontally.
  • EP 1 074 663 A1 discloses a foundation for a wind power plant with a central body as a base with ribs / projections / carriers which are screwed to it laterally and extend in a star shape. Ribs and central body are bolted together horizontally. Among other things, the parts are prefabricated from concrete and are delivered by truck to the construction site, arranged by crane and connected to each other horizontally via flanges and screwed connections. Furthermore, on the outside of the ribs anchors are necessary to ensure a sufficient load transfer.
  • WO 2004/101898 A2 discloses a foundation for a wind turbine made of prefabricated concrete parts, either a central body is provided, are screwed horizontally to the surface, or the foundation consists solely of components that have both a flat portion and a socket-like portion, said then be connected horizontally with each other by means of screwing against flanges.
  • the disadvantage here is that even here considerable costs and considerable work for connecting the elements and the manufacture of the static loadable foundation are necessary.
  • EP 2182201 A1 discloses two different foundations for a wind turbine.
  • a foundation is built from prefabricated concrete parts after a corresponding delivery on site. Both contain a flat section and a socket-like section.
  • a central body is provided.
  • the ribs / surface elements are attached to this. Mounted the ribs form a polygonal body.
  • the central body has a projection which is encompassed by a corresponding recess on the ribs.
  • the ribs are additionally locked by means of a lashing ring against the central body.
  • Anchor rods for mounting the tower are provided on the area heads.
  • the ribs on horizontally projecting anchor elements which extend radially in the mounted state in the center of the foundation.
  • WO 2017/141095 A1 and WO 2017/141098 A1 likewise disclose a foundation for a wind power plant.
  • This foundation is formed of prefabricated ribbed bodies having at their inner end a base portion on which the tower of the wind turbine is placed.
  • the ribs extend radially outward.
  • the sections between the ribs are filled in a further embodiment with plate elements which are screwed against the ribs with flanges, to produce a plate.
  • a steel sleeve is provided, which is connected to reinforcements provided in the ribs inside and provided in the inner cavity reinforcing bars.
  • the ribs have a base plate. On which a diagonal reinforcing member and the base portion are integrally arranged.
  • the base sections are connected horizontally via tongue and groove elements. Furthermore, the base sections have horizontal openings in which clamping elements are provided for the horizontal connection of the base sections. Furthermore, in the base sections Anchored rods for connecting the tower with the foundation. Furthermore, external ground anchors are also disclosed.
  • the object of the invention is therefore to overcome the aforementioned disadvantages and to make foundations for wind turbines, especially for wind turbines with concrete towers, made of prefabricated elements economically.
  • the object of the invention is achieved according to a first solution in that the horizontal elements have a support section for the first section, preferably socket-like, which is divided into at least two sub-areas by a recess provided between the sections, preferably accessible, of which at least one with the connected above the first section holding connected.
  • a foundation can be provided in a particularly simple manner that can be connected to the tower, preferably to a concrete tower.
  • the recess is arranged below an opening in the first section for carrying out a biasing element of the tower of the wind turbine.
  • the first portion is provided at the front inner end of the horizontal member.
  • the object of the invention is achieved according to a second solution in that the second section is formed from at least three horizontal elements, and that the horizontal elements can be arranged depending on the parameters of the tower to be built.
  • Another teaching provides that the horizontal elements are arranged laterally spaced from each other, or that the horizontal elements are arranged laterally spaced parallel to each other. It is also advantageous if structurally identical horizontal elements are used. This makes it possible in a particularly simple manner to provide a foundation depending on the dimensions of the tower to be built. In particular, it is possible with a horizontal element type To create foundations for different tower radii by the horizontal elements are moved accordingly parallel, as this is particularly set out in the preferred embodiment.
  • the first section has only one closed base element. It is advantageous that the base element is at least partially cast in a formwork on site. Furthermore, it is advantageous that connecting means are provided in the horizontal elements, which are cast in for the production of a connection with the base element. In this way, the base element can be produced inexpensively. At the same time, it is possible to reduce the transport costs in the base area.
  • the base element is at least partially made of prefabricated semi-finished concrete parts, which are poured with in-situ concrete. This can further reduce the amount of work involved in creating the formwork. In this way, the base element can therefore be produced inexpensively. At the same time, it is possible to reduce the transport costs in the base area.
  • a further teaching of the invention provides that the at least one base element of the first section has at least one substantially vertical opening in which a substantially vertical bracing element, prestressing element, reinforcement element or anchor element, preferably threaded rod, is arranged. This makes it possible in a particularly simple manner to provide the foundation cost and quickly.
  • a further teaching of the invention provides that the support section of the horizontal element of the second section has at least one substantially vertical opening which, when mounted, is aligned with the at least one substantially vertical opening of the at least one base element of the first section. This makes it possible in a particularly simple manner to provide the foundation cost and quickly.
  • a further teaching of the invention provides that the at least one base element of the first section and the at least two horizontal elements of the second section are interconnected by the substantially vertical bracing element, biasing element, reinforcing element or anchor element so that no further fastening means, in particular horizontal fastening means, for the removal of the loads of the wind turbine are required.
  • a further teaching of the invention provides that below or within the second section at least one abutment is provided, against which the substantially vertical clamping elements are arranged and tensioned, and / or that above or within the first section, an abutment is provided against the the substantially vertical Verspannetti are arranged and stretched, wherein the upper abutment is preferably a flange of the tower of the wind turbine.
  • a further teaching of the invention provides that the closed base element of the first section is composed of at least two segments. This makes it possible to allow easy transport even with sizes that would only be possible in exceptional transport or not at all.
  • Another teaching of the invention provides that a further socket-like executed section is provided, which is arranged below the second section and at least one closed base element, preferably sleeve-shaped, and that the further section for the removal of the loads of the wind turbine is required.
  • a further teaching of the invention provides that the closed base element of the first section and / or the further section is composed of at least two segments, wherein a connection region is provided between the segments. This makes it possible to allow easy transport even with sizes that would only be possible in exceptional transport or not at all.
  • Another teaching of the invention provides that the segments overlap in the connection region, with the apertures also overlapping in the overlapping region. This makes it possible to easily transport even with sizes that would only be possible in exceptional transport or not at all.
  • a further teaching of the invention provides that the segments adjoin one another in the connection region with substantially vertical abutment surfaces, wherein distances between the abutment surfaces are preferably provided.
  • Another teaching of the invention provides that essentially horizontal reinforcement elements emerge from the segments in the connection region, which overlap in the connection region. As a result, a simple and secure connection can be provided.
  • a further teaching of the invention provides that the segments in the connection region taper with respect to the height of the segments and / or the width of the segments, whereby apertures are preferably provided in the tapered sections. Another teaching of the invention provides that the horizontal reinforcing elements overlap in the necking sections. A further teaching of the invention provides that the connection area and / or rejuvenation area is filled with a mortar and / or an in-situ concrete. Surprisingly, it has been found that this provides a particularly reliable and cost-effective connection when providing segments.
  • a further teaching of the invention with respect to all solutions of the invention provides that the joints between the elements vertical and horizontal joints are present by vertical and / or horizontal spacers are arranged between the elements.
  • a further teaching of the invention with respect to all solutions of the invention provides that vertical and / or horizontal joints between the elements are at least partially filled with a mortar. This supports the stability of the foundation, as the other measures are supported by providing a monolithic connection.
  • the object is achieved by a method for producing a foundation for a wind turbine, in particular a previously described foundation, wherein the foundation is essentially made of prefabricated elements, preferably made of reinforced concrete, with a substantially horizontally extending portion as the foundation body in Contact with the ground is provided on which a vertically extending socket-like executed section is arranged as a closed socket element, preferably sleeve-shaped, is provided, which is designed annular or polygonal, wherein the horizontal portion is formed from at least three horizontal elements, and that the horizontal elements are arranged depending on the parameters of the tower to be built.
  • the horizontal elements are arranged laterally spaced from each other, or that the horizontal elements are arranged laterally spaced parallel to each other.
  • the socket-like executed section is created on the substantially horizontally extending portion by a formwork with reinforcement and / or at least partially prefabricated semi-finished concrete parts are provided, which are then poured with in-situ concrete. This can further reduce the amount of work involved in creating the formwork. In this way, the base element can therefore be produced inexpensively. At the same time, it is possible to reduce the transport costs in the base area.
  • the foundations can be erected in a particularly simple manner, in particular if only one horizotal element type is used.
  • FIG. 1 to 6 are views and details of a first embodiment of a foundation according to the invention
  • FIGS. 1 to 6, FIGS. 7 to 11 and FIGS. 12 to 19d show a first, a second and a third embodiment of a foundation 10 according to the invention.
  • the same components have the same reference numerals.
  • FIGS. 1 and 13 an embodiment of a foundation 10 is arranged in a cut-away view in a pit 101 in the ground 100 on a cleanliness layer 102. They have a first section 11 and a second section 12. Furthermore, a third section (not shown) may optionally be provided below the second section 12, which is then preferably provided in a recess (not shown).
  • the first section 11 is constructed as a base 20 from one or more closed base elements 14 (see FIGS. 4a to 4d / FIGS. 9a, 9b / 15a, 15b), which are here preferably designed as circular rings, so that the base section 11 has an interior 15.
  • the base elements 14 have vertical openings 18 in which, after assembly of the foundation 10, anchoring rods or reinforcing rods 19 are provided in order to fix, brace or prestress the foundation 10.
  • the base elements 14 are formed from at least one segment 16.
  • connection region 17 which is realized in such a way that the segments 16 have vertical end surfaces 38 from which reinforcing elements 36 (see FIG. 6, FIG. 11) emerge, via connecting means 37 are interconnected.
  • the connection area 17 is then filled with in-situ concrete or mortar 39.
  • the second section 12 is executed flat. Alternatively, it can also be realized a star shape.
  • a plan view of the foundation 10 is shown in Fig. 3/8/14.
  • Fig. 21 Fig. 7 / Fig. 13 show a three-dimensional view of the foundation 10.
  • the second section 12 is made of horizontal elements 22 in the form of rib elements. These are shown in FIGS. 5a to 5d / 10a, 10b / FIG. 18a to 18d shown. These extend radially from the interior 15 seen from the outside. They have a base plate 23, which is designed trapezoidal, for example, so that all composite base plates form a polygonal surface (see Fig. 3), which is approximates a circular shape. Alternatively, circle segments (see FIGS. 19a to 19d) or a mixed shape of circular segment and trapezoidal shape are also possible. Between side walls 44 of the base plates 23 may preferably be provided distances B, which are dependent on the diameter of the tower to be built.
  • a support portion 25 is provided, which corresponds substantially preferably to the base 20 of the first portion 11.
  • apertures 18 may be provided in the support section 25.
  • reinforcing bars or anchor rods 19 may be incorporated in the support section 25 in, for example, the first and second support sections 29, 30 extending outwardly from the concrete of the pedestal-like section 25 of the horizontal element 22 extend.
  • the base 20 is arranged with its at least one base element 14.
  • the support region 25 is here preferably divided into two support sections 29, 30. Between the support portion 29, 30, a recess 33 is provided, which is preferably made walkable.
  • the first support portion 29 is provided at the inner end 24 of the horizontal member 22. It is designed here in the embodiments as a narrow column.
  • the remaining areas 31 on the right and left thereof form a passage 32 in the installed state of the foundation in order to provide access to the recess 33.
  • the second support portion 30 is socket-like in the first and third embodiments, shown as part of a stiffening wall 26 in the second embodiment. Furthermore, as shown in Fig.10a, 10b apertures 18 may be provided.
  • the stiffening wall 26 is arranged, the height of which, for example, decreases towards the outer end 27 of the base plate 23. Between two adjacent stiffening walls 26, an upwardly open cavity 28, in the Auf wayboden 104 can be introduced, whereby a load on the second portion 12 of the foundation 10 can be applied.
  • FIG. 1 Another connection of the segments 16 is shown in Fig. 1 1.
  • the segments are arranged jerky to each other. However, the segments 16 taper in a connecting region 17.
  • reinforcing elements 36 emerge horizontally out of the segments 16.
  • the reinforcing elements 36 of the adjacent segments 16 are aligned and overlap in the connection region 17 / tapering region 35.
  • These are connected to one another by connecting means 37, which are shown only schematically in FIG.
  • the segments 16 have apertures 18 if necessary, which, however, are not shown in FIG. 11.
  • the tapering portions 35 are filled after connecting the reinforcing elements 36 with mortar 39 or in-situ concrete, whereby the segments are additionally monolithically / materially connected to each other, resulting in a particularly stable connection of the segments 16. It is particularly advantageous that the overlap region can be significantly shorter due to the provision of the tapers. Furthermore, the required amount of mortar 39 is significantly reduced. This makes the use of quick-setting mortar or in-situ concrete economical, allowing foundation assembly to be carried out more quickly. The same is shown in FIG. 6 without tapering regions 36, but with planar end walls 38.
  • the segments 16 are preferably centrally (depending on the arrangement of the biasing elements of the tower) openings 40 are provided, are guided by the biasing elements of the tower.
  • the bottom 41 of the segment 16 then serves as an abutment for the biasing elements.
  • the recesses 33 are arranged so that they are below the lower end 42 of the apertures 40, so that they are accessible for biasing.
  • recesses 43 may be provided on the segments. These may be used for arranging means for connection to the tower.
  • a third section (not shown) may be provided below the second section 12. This serves to stiffen the foundation 10. It has been found that it is possible, in particular for large base diameters, to provide only the third section 13 in order to achieve a sufficient load transfer.
  • the third portion also at the same time with its lowest base element (not shown), if necessary, an abutment for Fastening elements 31 of the anchor rods 19 at bias.
  • two base element 14 may be provided, which are formed of segments 16, which in turn are arranged jerky here.
  • other base elements 14 may be provided.
  • a recess can be provided in the lowermost base element 14d, into which the fastening elements (not shown) can engage, or in which abutment elements (not shown) can be arranged.
  • a cavity (not shown) is provided, in which the anchor rods / threaded rods 19 and other alternative fastening means (cables, etc.) open and on the example, nuts as fastening means (not shown) in the form of Arretier - And biasing means are screwed.
  • the fastening means of the cavity (not shown) is filled with in-situ concrete.
  • a horizontal section 22 having a second section having different sized internal spaces 15 by displacing the horizontal elements 22 inwardly or outwardly along a beam emanating from the center, such as this is shown in Fig. 19d by the double arrow A. Inwardly, this is limited by the fact that the side surfaces 44 of the base plates 23 of the horizontal elements 22 touch. Outwardly this is dependent on the radius 45 of the tower to be built, which is shown in Figs. 19a to 19d by a circle 46.
  • the distance B is preferably the same over the entire length of the side surfaces 44 from the inner end 24 to the outer end 27, so that two side surfaces 44 are arranged parallel to each other.
  • the cavities 28 can be filled with Auf class founded 104 and this can not enter the interior 15 are L-shaped elements 47 (Fig. 17a to Fig. 17c), which are placed against the second support portion 30, as in Fig. 13 is shown.
  • cover plates 48 (FIGS. 16 a to 16 c) are provided which are placed on two adjacent base plates 23 by the distance B between two Cover side surfaces 44 so that the floor can not get into the distance B or through the distance B through. Through the cover plate 48, the full load of Auf wayêt 104 can be applied to the second section by introducing it into the cavity 28.
  • the base element as shown in the third embodiment by means of formwork (not shown), reinforcement (not shown) and initu pouring out with in-situ concrete be made on site on the support area 25.
  • a formwork is erected according to a formwork plan on the support section 25.
  • anchor rods 19 protrude.
  • the anchor rods 19 are incorporated into the reinforcement to be provided in the formwork, not shown, according to a reinforcement plan.
  • in-situ concrete is introduced. After curing, the base member 14 is connected to the second portion 12 and the tower can be erected.
  • FIGS. 20, 21 A further alternative for constructing the base element 14 of the foundation 10 according to the invention is shown in FIGS. 20, 21.
  • partial prefabricated concrete semi-finished parts are provided as plates 49 and 50. These lie on the support portion 29, 30 and thus form together with the support portions 29,30, from which protrude the anchor rod 19, substantially the underside of the base member 15.
  • L-shaped elements 51 for the inside of the base member 15th and 52 for the outside of the base member 15. are also on the support section 29, 30 on.
  • the concrete semi-finished parts 49, 50, 51, 52 include reinforcement and are further provided with outward-reaching reinforcement (not shown).
  • the concrete semi-finished parts 49, 50, 51, 52 recesses 53 for the anchor rods 19 and / or the openings 40 may have.
  • the finished concrete semi-finished parts 49, 50, 51, 52 preferably form a trough 54 is placed in the in-situ concrete.
  • further probation may additionally be provided in the trough in order to increase the rigidity of the base element 15.
  • the base member 14 is connected to the second portion 12 and the tower can be erected thereon.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fundament für eine Windkraftanlage, wobei das Fundament (10) im Wesentlichen vorgefertigte Elemente, bevorzugt aus bewehrtem Beton, aufweist, mit einem ersten, sich vertikal erstreckenden sockelartig ausgeführten Abschnitt (11), auf dem ein Turm der Windkraftanlage anordbar ist, und einem zweiten sich im Wesentlichen horizontal erstreckenden Abschnitt (12) als Fundamentkörper, der sich in Kontakt mit dem Boden (100) befindet, wobei der erste Abschnitt (11) oberhalb des zweiten Abschnitts (12) angeordnet ist und wenigstens ein geschlossenes Sockelelement (14), bevorzugt hülsenförmig, aufweist, das ringförmig oder polygonal ausgeführt ist, und wobei der zweite Abschnitt (12) aus wenigstens zwei Horizontalelementen (22) gebildet ist, wobei die Horizontalelemente (22) einen Auflageabschnitt (25) für den ersten Abschnitt (11) aufweisen, bevorzugt sockelartig, der in wenigstens zwei Teilbereiche (29, 30) durch eine zwischen den Teilbereichen (29, 30) vorgesehene Aussparung (33), bevorzugt begehbar, aufgeteilt ist, von denen wenigstens einer mit dem darüber angeordneten ersten Abschnitt (11) haltend verbunden ist.

Description

Beschreibung
Fundament für eine Windkraftanlage
Die Erfindung betrifft ein Fundament für eine Windkraftanlage, wobei das Fundament im Wesentlichen vorgefertigte Elemente, bevorzugt aus bewehrtem Beton, aufweist, mit einem ersten, sich vertikal erstreckenden sockelartig ausgeführten Abschnitt, auf dem ein Turm der Windkraftanlage anordbar ist, und einem zweiten sich im Wesentlichen horizontal erstreckenden Abschnitt als Fundamentkörper, der sich in Kontakt mit dem Boden befindet, wobei der erste Abschnitt oberhalb des zweiten Abschnitts angeordnet ist und wenigstens ein geschlossenes Sockelelement, bevorzugt hülsenförmig, aufweist, das ringförmig oder polygonal ausgeführt ist, und wobei der zweite Abschnitt aus wenigstens zwei Horizontalelementen gebildet ist, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Fundamente für Windkraftanlagen werden im Wesentlichen als In-Situ-Betonfundamente ausgeführt. Dafür wird am Errichtungsort eine Grube ausgehoben, diese wird mit einer Sauberkeitsschicht versehen. Anschließend werden die Schalung und die Bewehrung errichtet und das Ganze mit Beton vor Ort gefüllt. Dabei wird ein flächiger Körper ggf. mit einem Sockel errichtet, siehe beispielsweise US 20160369520 A1 oder WO 2008/036934 A2. Neben dem Transportaufwand durch die Lieferung des Betons, der Schalung und der Bewehrung ist dieses vor Ort sehr arbeitsintensiv. Auch ist die Qualitätssicherung aufwendig bzw. je nach Witterung auch problembehaftet. Weiterhin ist der Rückbau nach dem Ende der Lebensdauer der Windkraftanlage teuer und sehr aufwendig. Dieses gilt insbesondere für Betontürme für Windkraftanlagen, die optimaler Weise ein Durchmesser zu Höhenverhältnis von ca. 1 :10 aufweisen, wodurch Durchmesser von 8 bis 15 m keine Seltenheit sind. Fundamente für solche Türme werden bisher in Ortbeton hergestellt. Weiterhin müssen Bereiche vorgesehen sein, in denen die Vorspannelemente des Turms am Fundament angebracht und vorgespannt werden können. Das Vorspannen erfolgt mit dafür vorgesehenen Vorrichtungen, die in die Vorspannbereiche gebracht werden müssen. Als Widerlager für das Vorspannen bzw. für das Anbringen der Vorspannelemente (Litzen/Seile) werden im Inneren des Fundaments für gewöhnlich aufwendige Kragstrukturen vorgesehen, unter denen dann die Vorrichtungen gebracht werden. Diese Strukturen sind aufwendig und verbesserungswürdig.
Weiterhin gibt es prinzipiell Bedarf, Fundamente von Windkraftanlagen aus vorgefertigten Elementen zu errichten, womit die vorgenannten Probleme reduziert bzw. eliminiert werden könnten. Prinzipiell ist vorteilhaft, dass bei einem Vorfertigen die Bauteile unter definierten Bedingungen standardisiert produziert werden können. Auch reduziert sich der Arbeitsaufwand vor Ort. Hierfür wurden verschiedene Ansätze im Stand der Technik beschrieben.
Beispielsweise zeigt WO 2008/036934 A2 eine Kombination aus vorgefertigten Elementen und klassischem Schalungs-/Bewehrungsbau. Dadurch werden die zuvor genannten Nachteile nur unwesentlich reduziert.
Weitere Ansätze für das Herstellen von Fundamenten für Windkraftanlagen aus vorgefertigten Bauteilen sind wie folgt im Stand der Technik gezeigt:
EP 1058787 B1 offenbart ein Fundament für eine Windkraftanlage, um offshore Windkraftanlagen zu errichten, die vollständig vormontiert - also inklusive Fundament - transportiert und am Errichtungsort auf den Meeresgrund in einem Stück abgesetzt werden. Das Fundament weist dabei einzelne vorgefertigte Segmente auf. Diese können aus Beton bestehen. Es sind ein flächiger Abschnitt und ein Sockelabschnitt offenbart. Der Sockelabschnitt besteht aus Kreisringen. Der flächige Abschnitt besteht aus einzelnen in der Grundfläche trapezförmigen Grundelementen, auf dem der Sockelabschnitt am inneren Ende vertikal montiert ist, der vertikale Durchgänge aufweist. Die flächigen Grundabschnitte sind mittels Nut-Feder-Verbindungen miteinander verbunden. Der Sockelabschnitt und der flächige Grundabschnitt sind mit einer Diagonalstrebe zur Aussteifung verbunden. Die Kreissegmente des Sockelabschnitts weisen ebenfalls vertikale Durchgänge auf. In die Durchgänge werden Verbindungskabel/Ankerstangen eingebracht. Falls die Fundamentteile aus Beton vorgesehen sind, ist unterhalb der Grundelemente im Bereich der vertikalen Durchgänge ein flacher Widerlagerring aus Stahl vorgesehen. Mit den Verbindungskabeln/Ankerstangen wird das Fundament montierten und die Windkraftanlage am Fundament befestigt. Zusätzlich sind horizontale Durchgänge in Grundelementen und Diagonalstreben vorgesehen, in denen ebenfalls Verbindungskabel/Ankerstangen angeordnet werden, mit denen die Elemente des Fundaments horizontal vorgespannt werden. Erst durch das horizontale Vorspannen wird das Fundament belastbar fertiggestellt. Somit offenbart EP 1 058 787 B1 ein Fundament aus einzelnen vorgefertigten Betonteilen, mit einem Flächenabschnitt und einem Sockelabschnitt, wobei zumindest diese beiden Abschnitte vertikal und horizontal miteinander verbunden werden.
Nachteilig hierbei ist, dass erhebliche Kosten und erheblicher Arbeitsaufwand für das Verbinden der Elemente und das Herstellen des statisch belastbaren Fundaments notwendig sind.
EP 1 074 663 A1 offenbart ein Fundament für eine Windkraftanlage mit einem Zentralkörper als Sockel mit daran angeschraubten sich seitlich erstreckenden sternförmig angeordneten Rippen/Vorsprüngen/Trägern. Rippen und Zentralkörper werden vor Ort horizontal miteinander verschraubt. Die Teile sind unter anderem aus Beton vorgefertigt und werden mittels LKW zur Baustelle angeliefert, per Kran angeordnet und vor Ort miteinander horizontal über Flansche und Verschraubungen verbunden. Weiterhin sind an der Außenseite der Rippen Anker notwendig, um einen hinreichenden Lastabtrag zu gewährleisten.
Nachteilig hierbei ist, dass auch hier erhebliche Kosten und erheblicher Arbeitsaufwand für Verbinden der Elemente und das Herstellen des statisch belastbaren Fundaments notwendig sind. Weiterhin sind zusätzliche Verankerungen notwendig.
WO 2004/101898 A2 offenbart ein Fundament für eine Windkraftanlage aus vorgefertigten Betoneinzelteilen, wobei entweder ein Zentralkörper vorgesehen ist, an dem Flächenkörper horizontal angeschraubt werden, oder das Fundament besteht ausschließlich aus Bauteilen, die sowohl einen flächigen Abschnitt und einen sockelartigen Abschnitt aufweisen, wobei diese dann horizontal miteinander mittels Verschraubung gegen Flansche verbunden werden. Nachteilig hierbei ist, dass auch hier erhebliche Kosten und erheblicher Arbeitsaufwand für Verbinden der Elemente und das Herstellen des statisch belastbaren Fundaments notwendig sind.
EP 2182201 A1 offenbart zwei unterschiedliche Fundamente für eine Windkraftanlage. Bei beiden wird aus vorgefertigten Betonteilen nach einer entsprechenden Anlieferung vor Ort ein Fundament errichtet. Beide enthalten einen flächigen Abschnitt und einen sockelartigen Abschnitt. In Variante 1 ist ein Zentralkörper vorgesehen. Die Rippen/Flächenelemente werden an diesen angesetzt. Montiert bilden die Rippen einen polygonalen Körper. Der Zentralkörper weist einen Vorsprung auf, der von einem entsprechenden Rücksprung an den Rippen umgriffen wird. Die Rippen werden zusätzlich mittels eines Zurrrings gegen den Zentralkörper arretiert. An den Flächenköpern sind Ankerstangen zur Montage des Turms vorgesehen. Bei der zweiten Variante weisen die Rippen horizontal vorspringende Ankerelemente auf, die sich im montierten Zustand radial in das Zentrum des Fundaments erstrecken. Unterhalb und oberhalb der Anker sind Platten vorgesehen. In den so gebildeten Hohlraum wird der Ortbeton eingebracht, um die Anker miteinander zu verbinden und einen Zentralkörper zu bilden. Bei beiden Varianten wird das horizontale Verbinden vereinfacht. Allerdings weisen sowohl die Rippen als auch der Zentralkörper Dimensionen und Massen auf, die einen Transport kompliziert gestalten.
WO 2017/141095 A1 und WO 2017/141098 A1 offenbaren ebenfalls ein Fundament für eine Windkraftanlage. Dieses Fundament wird aus vorgefertigten Rippenkörpern gebildet, die an ihrem inneren Ende einen Sockelabschnitt aufweisen, auf dem der Turm der Windkraftanlage angeordnet wird. Die Rippen erstrecken sich strahlenförmig nach außen. Die Abschnitte zwischen den Rippen werden in einer weiteren Ausführungsform mit Plattenelementen, die gegen die Rippen mit Flanschen geschraubt werden, zur Herstellung einer Platte gefüllt. Mittig ist anstelle eines Zentralkörpers eine Stahlhülse vorgesehen, die mit im Rippeninneren vorgesehenen Bewehrungen und in inneren Hohlraum vorgesehenen Verstärkungsbalken verbunden ist. Die Rippen weisen eine Grundplatte auf. Auf der ein diagonales Verstärkungselement und der Sockelabschnitt einstückig angeordnet sind. Die Sockelabschnitte sind horizontal über Nut-Feder- Elemente miteinander verbunden. Weiterhin weisen die Sockelabschnitte horizontale Öffnungen auf, in denen Spannelemente zum horizontalen Verbinden der Sockelabschnitte vorgesehen werden. Weiterhin sind in den Sockelabschnitten Ankerstangen für das Verbinden des Turms mit dem Fundament eingegossen. Weiterhin sind ebenfalls außenliegenden Bodenanker offenbart.
Nachteilig hierbei ist, dass auch hier erhebliche Kosten und erheblicher Arbeitsaufwand für Verbinden der Elemente und das Herstellen des statisch belastbaren Fundaments notwendig sind.
Aufgabe der Erfindung ist daher, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und Fundamente für Windkraftanlagen, insbesondere für Windkraftanlagen mit Betontürmen, aus vorgefertigten Elementen wirtschaftlich errichtbar zu machen.
Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe gemäß einer ersten Lösung dadurch, dass die Horizontalelemente einen Auflageabschnitt für den ersten Abschnitt aufweisen, bevorzugt sockelartig, der in wenigstens zwei Teilbereiche durch eine zwischen den Teilbereichen vorgesehene Aussparung, bevorzugt begehbar, aufgeteilt ist, von denen wenigstens einer mit dem darüber angeordneten ersten Abschnitt haltend verbunden ist.
Hierdurch lässt sich auf besonders einfache Weise ein Fundament bereitstellen, dass mit dem Turm, bevorzugt mit einem Betonturm, verbunden werden kann.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Aussparung unterhalb eines Durchbruchs im ersten Abschnitt zur Durchführung eines Vorspannelements des Turms der Windkraftanlage angeordnet ist. Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der erste Teilbereich am vorderen inneren Ende des Horizontalelements vorgesehen ist. Hierdurch kann die Vorspannung auf besonders einfache Weise bereitgestellt werden.
Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe gemäß einer zweiten Lösung dadurch, dass der zweite Abschnitt aus wenigstens drei Horizontalelementen gebildet ist, und dass die Horizontalelemente in Abhängigkeit von den Parametern des zu errichtenden Turmes anordbar sind. Eine weitere Lehre sieht vor, dass die Horizontalelemente seitlich beabstandet zueinander angeordnet sind, oder dass die Horizontalelemente seitlich parallel beabstandet zueinander angeordnet sind. Vorteilhaft ist weiterhin, wenn baugleiche Horizontalelemente verwendet werden. Hierdurch ist es auf besonders einfache Weise möglich, ein Fundament in Abhängigkeit der Maße des zu errichtenden Turms bereitzustellen. Insbesondere ist es möglich, mit einem Horizontalelementtyp Fundamente für unterschiedliche Turmradien zu erstellen, indem die Horizontalelemente entsprechend parallel verschoben werden, wie dieses insbesondere im bevorzugten Ausführungsbeispiel dargelegt ist.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der erste Abschnitt nur ein geschlossenes Sockelelement aufweist. Vorteilhaft ist dabei, dass das Sockelelement wenigstens teilweise in einer Schalung vor Ort gegossen ist. Weiterhin ist vorteilhaft, dass in den Horizontalelementen Verbindungsmittel vorgesehen sind, die zur Herstellung einer Verbindung mit dem Sockelelement mit eingegossen sind. Auf diese Weise kann das Sockelelement kostengünstig hergestellt werden. Gleichzeitig ist es möglich, den Transportaufwand im Sockelbereich zu reduzieren.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Sockelelement wenigstens teilweise aus vorgefertigten Halbfertigbetonteilen erstellt ist, die mit Ortbeton ausgegossen sind. Hierdurch kann der Arbeitsaufwand, der beim Erstellen der Schalung anfällt, weiter reduziert werden. Auf diese Weise kann das Sockelelement daher kostengünstig hergestellt werden. Gleichzeitig ist es möglich, den Transportaufwand im Sockelbereich zu reduzieren.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das wenigstens eine Sockelelement des ersten Abschnitts wenigstens einen im Wesentlichen vertikalen Durchbruch aufweist, in dem ein im Wesentlichen vertikales Verspannelement, Vorspannelement, Bewehrungselement oder Ankerelement, bevorzugt Gewindestange, angeordnet ist. Hierdurch ist es auf besonders einfache Weise möglich, dass Fundament kostengünstig und schnell bereitzustellen.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Auflageabschnitt des Horizontalelements des zweiten Abschnitts wenigstens einen im Wesentlichen vertikalen Durchbruch aufweist, der montiert mit dem wenigstens einen im Wesentlichen vertikalen Durchbruch des wenigstens einen Sockelelements des ersten Abschnitts fluchtet. Hierdurch ist es auf besonders einfache Weise möglich, dass Fundament kostengünstig und schnell bereitzustellen.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das wenigstens eine Sockelelement des ersten Abschnitts und die wenigstens zwei Horizontalelemente des zweiten Abschnitts durch das im Wesentlichen vertikale Verspannelement, Vorspannelement, Bewehrungselement oder Ankerelement so miteinander verbunden sind, dass keine weiteren Befestigungsmittel, insbesondere horizontale Befestigungsmittel, für den Abtrag der Lasten der Windkraftanlage erforderlich sind. Überraschender weise hat sich gezeigt, dass es so auf einfache Weise möglich ist, auf horizontale Verbindungsmittel zu verzichten.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass unterhalb oder innerhalb des zweiten Abschnitts wenigstens ein Widerlager vorgesehen ist, gegen das die im Wesentlichen vertikalen Verspannelemente angeordnet und gespannt sind, und/oder dass oberhalb oder innerhalb des ersten Abschnitts ein Widerlager vorgesehen ist, gegen das die im Wesentlichen vertikalen Verspannelemente angeordnet und gespannt sind, wobei das obere Widerlager bevorzugt ein Flansch des Turmes der Windkraftanlage ist. Hierdurch wird es auf einfache Weise möglich, eine sichere Ver- bzw. Vorspannung zu gewährleisten.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das geschlossene Sockelelement des ersten Abschnitts aus wenigstens zwei Segmenten zusammengesetzt ist. Hierdurch ist es möglich, einen einfachen Transport auch bei Größen zu ermöglichen, der nur im Sondertransport oder gar nicht möglich wären.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass ein weiterer sockelartig ausgeführten Abschnitt vorgesehen ist, der unterhalb des zweiten Abschnitts angeordnet ist und wenigstens ein geschlossenes Sockelelement, bevorzugt hülsenförmig, aufweist, und dass der weitere Abschnitt für den Abtrag der Lasten der Windkraftanlage erforderlich ist.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das geschlossene Sockelelement des ersten Abschnitts und/oder des Weiteren Abschnitts aus wenigstens zwei Segmenten zusammengesetzt ist, wobei zwischen den Segmenten ein Verbindungsbereich vorgesehen ist. Hierdurch ist es möglich, einen einfachen Transport auch bei Größen zu ermöglichen, der nur im Sondertransport oder gar nicht möglich wären.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass sich die Segmente im Verbindungsbereich überlappen, wobei sich auch die Durchbrüche im Überlappungsbereich überlappen. Hierdurch ist es möglich, einen einfachen Transport auch bei Größen zu ermöglichen, der nur im Sondertransport oder gar nicht möglich wären.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Segmente im Verbindungsbereich mit im Wesentlichen vertikalen Stoßflächen aneinandergrenzen, wobei bevorzugt Abstände zwischen den Stoßflächen vorgesehen sind. Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass im Verbindungsbereich im Wesentlichen horizontale Bewehrungselement aus den Segmenten austreten, die sich im Verbindungsbereich überlappen. Hierdurch kann eine einfache und sichere Verbindung bereitgestellt werden.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass sich die Segmente im Verbindungsbereich im Hinblick auf die Höhe der Segmente und/oder der Breite der Segmente verjüngen, wobei bevorzugt in den verjüngten Abschnitten Durchbrüche vorgesehen sind. Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass sich die horizontalen Bewehrungselemente in den Verjüngungsabschnitten überlappen. Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Verbindungsbereich und/oder Verjüngungsbereich mit einem Mörtel und/oder einem Ortbeton verfüllt ist. Überraschender weise hat sich gezeigt, dass hierdurch beim Vorsehen von Segmenten eine besonders belastbare und kostengünstige Verbindung bereitgestellt wird.
Eine weitere Lehre der Erfindung in Bezug auf alle Lösungen der Erfindung sieht vor, dass die zwischen den Elementen vertikale und horizontale Fugen vorhanden sind, indem zwischen den Elementen vertikale und/oder horizontale Abstandshalter angeordnet sind. Eine weitere Lehre der Erfindung in Bezug auf alle Lösungen der Erfindung sieht vor, dass vertikale und/oder horizontale Fugen zwischen den Elementen wenigstens teilweise mit einem Mörtel gefüllt sind. Hierdurch wird die Stabilität des Fundaments unterstützt, da die übrigen Maßnahmen mit dem Bereitstellen eine monolithische Verbindung unterstützt werden.
Weiterhin gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Fundaments für eine Windkraftanlage, insbesondere ein zuvor beschriebenes Fundament, wobei das Fundament im Wesentlichen aus vorgefertigten Elementen, bevorzugt aus bewehrtem Beton, errichtet wird, wobei ein sich im Wesentlichen horizontal erstreckender Abschnitt als Fundamentkörper in Kontakt mit dem Boden vorgesehen wird, auf dem ein sich vertikal erstreckender sockelartig ausgeführter Abschnitt angeordnet wird, der als ein geschlossenes Sockelelement, bevorzugt hülsenförmig, vorgesehen wird, das ringförmig oder polygonal ausgeführt ist, wobei der horizontale Abschnitt aus wenigstens drei Horizontalelementen gebildet wird, und dass die Horizontalelemente in Abhängigkeit von den Parametern des zu errichtenden Turmes angeordnet sind.
Dabei ist vorteilhaft, dass die Horizontalelemente seitlich beabstandet zueinander angeordnet werden, oder dass die Horizontalelemente seitlich parallel beabstandet zueinander angeordnet werden.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass der sockelartig ausgeführte Abschnitt auf dem sich im Wesentlichen horizontal erstreckender Abschnitt erstellt wird, indem eine Schalung mit Bewehrung und/oder wenigstens teilweise vorgefertigten Halbfertigbetonteile vorgesehen werden, die dann mit Ortbeton ausgegossen werden. Hierdurch kann der Arbeitsaufwand, der beim Erstellen der Schalung anfällt, weiter reduziert werden. Auf diese Weise kann das Sockelelement daher kostengünstig hergestellt werden. Gleichzeitig ist es möglich, den Transportaufwand im Sockelbereich zu reduzieren.
Hierdurch lassen sich die Fundamente auf besonders einfache Weise errichten, insbesondere, wenn nur ein Horizotalelementtyp verwendet wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 bis 6 Ansichten und Details zu einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fundaments,
Fig. 7 bis 1 1 Ansichten und Details zu einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fundaments,
Fig. 12 bis 19d Ansichten und Details zu einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fundaments, und
Fig. 20, Fig. 21 eine Ergänzung zur dritten Ausführungsform nach den Fig. 12 bis 19d. Fig. 1 bis 6, Fig. 7 bis 11 und Fig. 12 bis 19d zeigen eine erste, eine zweite und eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fundaments 10. Gleiche Bestandteile weisen gleiche Bezugszeichen auf.
In den Fig. 1 und Fig.13 sind in geschnittener Ansicht in einer Grube 101 im Boden 100 auf einer Sauberkeitsschicht 102 jeweils eine Ausführungsform eines Fundaments 10 angeordnet. Sie weisen einen ersten Abschnitt 1 1 und einen zweiten Abschnitt 12 auf. Weiterhin kann auch ein dritter Abschnitt (nicht dargestellt) optional unter dem zweiten Abschnitt 12 vorgesehen sein, der dann bevorzugt in einer Vertiefung (nicht dargestellt) vorgesehen ist.
Der erste Abschnitt 1 1 ist als Sockel 20 aus einem oder mehreren geschlossenen Sockelelementen 14 aufgebaut (siehe Fig. 4a bis 4d / Fig. 9a, 9b / Fig. 15a, 15b), die hier bevorzugt als Kreisringe ausgeführt sind, so dass der Sockelabschnitt 11 einen Innenraum 15 aufweist. Die Sockelelemente 14 weisen gemäß der dargestellten ersten und zweiten Ausführungsform vertikale Durchbrüche 18 auf, in denen nach der Montage des Fundaments 10 Anker- oder Bewehrungsstangen 19 vorgesehen sind, um das Fundament 10 zu befestigen, zu verspannen bzw. vorzuspannen.
Die Sockelelemente 14 sind aus wenigstens einem Segment 16 gebildet.
Sind mehrere Segmente 16 vorgesehen, so weisen die Segmente 16 einen Verbindungsbereich 17 auf, der so realisiert ist, dass die Segmente 16 vertikale Endflächen 38 aufweisen, aus denen Bewehrungselemente 36 (siehe Fig.6, Fig. 1 1 ) heraustreten, die über Verbindungsmittel 37 miteinander verbunden werden. Der Verbindungsbereich 17 wird dann mit Ortbeton oder Mörtel 39 gefüllt.
Der zweite Abschnitt 12 ist flächig ausgeführt. Alternativ kann er aber auch eine sternform realisiert werden. Eine Draufsicht auf das Fundament 10 ist in Fig. 3 / Fig. 8 / Fig. 14 gezeigt. Fig. 21 Fig. 7 / Fig.13 zeigen eine räumliche Ansicht des Fundaments 10. Der zweite Abschnitt 12 ist aus Horizontalelementen 22 in Form von Rippenelementen ausgeführt. Diese sind in den Fig. 5a bis 5d / Fig. 10a, 10b /Fig. 18a bis 18d dargestellt. Diese erstrecken sich vom Innenraum 15 aus gesehen radial nach außen. Sie weisen eine Grundplatte 23 auf, die beispielsweise trapezförmig ausgeführt ist, so dass alle zusammengesetzten Grundplatten eine polygonale Fläche bilden (siehe Fig. 3), die sich einer Kreisform annähert. Alternativ sind auch Kreissegmente (siehe Fig. 19a bis 19d) oder eine Mischform aus Kreissegment und Trapezform möglich. Zwischen Seitenwänden 44 der Grundplatten 23 können bevorzugt Abstände B vorgesehen sein, die vom Durchmesser des zu errichtenden Turms abhängig sind.
Am inneren Ende 24 der Grundplatte 23 ist ein Auflagerabschnitt 25 vorgesehen, der im Wesentlichen bevorzugt mit dem Sockel 20 des ersten Abschnitts 11 korrespondiert. Im Auflagerabschnitt 25 können ebenfalls Durchbrüche 18 vorgesehen sein. Alternativ können fluchtend zu den Durchbrüchen 18 im ersten Abschnitt 11 Bewehrungseisen oder Ankerstangen 19 (Fig. 18a bis 18d) im Auflagerabschnitt 25 beispielsweise im ersten und zweiten Auflagerabschnitt 29, 30 eingebaut sein, die sich nach außen aus dem Beton des sockelartigen Abschnitts 25 des Horizontalelements 22 erstrecken. Auf dem Auflagerabschnitt 25 wird der Sockel 20 mit seinem wenigstens einen Sockelelement 14 angeordnet.
Der Auflagerbereich 25 ist hier bevorzugt in zwei Auflagerabschnitte 29, 30 aufgeteilt. Zwischen den Auflagerabschnitt 29, 30 ist eine Aussparung 33 vorgesehen, die bevorzugt begehbar ausgeführt ist. Der erste Auflagerabschnitt 29 ist am inneren Ende 24 des Horizontalelements 22 vorgesehen. Er ist hier in den Ausführungsformen als schmale Säule ausgeführt. Die freibleibenden Bereiche 31 rechts und links davon bilden im montierten Zustand des Fundaments einen Durchgang 32, um einen Zugang zur Aussparung 33 bereitzustellen. Der zweite Auflagerabschnitt 30 ist in der ersten und dritten Ausführungsform sockelartig, in der zweiten Ausführungsform als Bestandteil einer Versteifungswand 26 dargestellt. Weiterhin können, wie in Fig.10a, 10b dargestellt Durchbrüche 18 vorgesehen sein.
Rechtwinklig auf der Grundplatte ist die Versteifungswand 26 angeordnet, deren Höhe beispielsweise hin zum äußeren Ende 27 der Grundplatte 23 abnimmt. Zwischen zwei benachbarten Versteifungswänden 26 bildet sich ein nach oben offener Hohlraum 28, in den Aufschüttboden 104 einbringbar ist, wodurch eine Auflast auf den zweiten Abschnitt 12 des Fundaments 10 aufbringbar ist.
Zwischen den Elementen 14, 16, 22, 30 können Abstandhalter (nicht dargestellt) angeordnet werden, um ein Verfüllen der Fugen mit Mörtel zu ermöglichen/vereinfachen. Eine weitere Verbindung der Segmente 16 ist in Fig. 1 1 dargestellt. Die Segmente sind stoßartig zueinander angeordnet. Allerdings verjüngen sich die Segmente 16 in einem Verbindungsbereich 17. Im Verjüngungsbereich 35 treten Bewehrungselement 36 horizontal aus den Segmenten 16 heraus. Im zur Montage angeordneten Zustand fluchten die Bewehrungselemente 36 der benachbarten Segmente 16 und übergreifen sich im Verbindungsbereich 17/Verjüngungsbereich 35. Diese werden mit Verbindungsmitteln 37 miteinander verbunden, die in Fig. 11 lediglich schematisch dargestellt sind. Auch in den Verjüngungsbereichen 35 weisen die Segmente 16 falls erforderlich Durchbrüche 18 auf, die allerdings in Fig. 1 1 nicht dargestellt sind. Die Verjüngungsbereiche 35 werden nach dem Verbinden der Bewehrungselemente 36 mit Mörtel 39 oder Ortbeton aufgefüllt, wodurch die Segmente zusätzlich monolithisch/stoffschlüssig miteinander verbunden werden, was zu einer besonders stabilen Verbindung der Segmente 16 führt. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass der Übergreifungsbereich bedingt durch das Vorsehen der Verjüngungen deutlich kürzer ausfallen kann. Weiterhin wird die benötigte Menge an Mörtel 39 erheblich reduziert. Dieses macht den Einsatz von schneller bindenden Mörteln oder auch Ortbeton wirtschaftlich, wodurch Fundamentmontage schneller durchgeführt werden kann. Gleiches ist in Fig. 6 gezeigt ohne Verjüngungsbereiche 36, sondern mit planen Endwänden 38.
Die Segmente 16 sind bevorzugt mittig (abhängig von der Anordnung der Vorspannelemente des Turms) Durchbrüche 40 vorgesehen, durch die Vorspannelemente des Turms geführt werden. Die Unterseite 41 des Segments 16 dient dann als Widerlager für die Vorspannelemente. Die Aussparungen 33 sind so angeordnet, dass sie sich unterhalb des unteren Endes 42 der Durchbrüche 40 befinden, so dass diese erreichbar für das Vorspannen sind. Weiterhin können Vertiefungen 43 auf den Segmenten vorgesehen sein. Diese können für das Anordnen von Mitteln für das Verbinden mit dem Turm dienen.
Unterhalb des zweiten Abschnitts 12 kann ein dritter Abschnitt (nicht dargestellt) vorgesehen. Dieser dient zur Versteifung des Fundaments 10. Es hat sich gezeigt, dass es möglich ist, insbesondere bei großen Sockeldurchmessern, lediglich den dritten Abschnitt 13 vorzusehen, um einen hinreichenden Lastabtrag zu erreichen.
Weiterhin ist der dritte Abschnitt (nicht dargestellt) auch gleichzeitig mit seinem untersten Sockelelement (nicht dargestellt) falls erforderlich ein Widerlager für Befestigungselemente 31 der Ankerstangen 19 bei Vorspannung. Hier können beispielsweise zwei Sockelelement 14 vorgesehen sein, die aus Segmenten 16 gebildet sind, die hier wiederum stoßartig angeordnet sind. Alternativ können auch weitere Sockelelemente 14 vorgesehen werden. Im untersten Sockelelement 14d kann eine Vertiefung (nicht dargestellt) vorgesehen, in die die Befestigungselemente (nicht dargestellt) eingreifen können, oder in denen Widerlagerelemente (nicht dargestellt) angeordnet werden können.
Unterhalb des dritten Abschnitts (nicht dargestellt) ist ein Hohlraum (nicht dargestellt) vorgesehen, in den die Ankerstangen/Gewindestanden 19 bzw. andere Alternative Befestigungsmittel (Kabel etc.) münden und auf die beispielsweise Muttern als Befestigungsmittel (nicht dargestellt) in Form von Arretier- und Vorspannmittel aufgeschraubt werden. Aus Korrosionsschutzgründen für die Befestigungsmittel wird der Hohlraum (nicht dargestellt) mit Ortbeton verfüllt.
Wie in Fig. 19 a bis 19d dargestellt ist, ist es möglich mit einem Horizontalelement 22 einen zweiten Abschnitt zu bilden, der unterschiedlich große Innenräume 15 aufweist, indem die Horizontalelemente 22 entlang eines vom Mittelpunkt ausgehenden Strahls nach innen oder nach außen verschoben werden, wie dieses in Fig. 19d durch den Doppelpfeil A dargestellt ist. Nach innen wird dieses dadurch begrenzt, dass sich die Seitenflächen 44 der Grundplatten 23 der Horizontalelemente 22 berühren. Nach außen ist dieses abhängig vom Radius 45 des zu errichtenden Turms, der in den Fig. 19a bis 19d durch einen Kreis 46 dargestellt ist. Der Abstand B ist bevorzugt über die gesamte Länge der Seitenflächen 44 vom inneren Ende 24 zum äußeren Ende 27 hin gleich, so dass zwei Seitenflächen 44 parallel zueinander angeordnet sind. Hierdurch können auf einfache Weise bevorzugt mit einem einzigen Horizontalelement 22 Fundamente für Türme mit unterschiedlichen Durchmessern errichtet werden.
Damit die Hohlräume 28 mit Aufschüttboden 104 gefüllt werden können und dieser nicht in den Innenraum 15 eintreten kann sind L-förmige Elemente 47 (Fig. 17a bis Fig. 17c), die gegen den zweiten Auflagerabschnitt 30 gestellt werden, wie diese in Fig. 13 dargestellt ist.
Weiterhin sind Abdeckplatten 48 (Fig. 16 a bis Fig. 16c) vorgesehen, die auf zwei benachbarte Grundplatten 23 aufgelegt werden, um den Abstand B zwischen zwei Seitenflächen 44 abzudecken, damit der Boden nicht in den Abstand B hinein bzw. durch den Abstand B hindurch gelangen kann. Durch die Abdeckplatte 48 kann die volle Auflast des Aufschüttboden 104 auf den zweiten Abschnitt durch Einbringen in den Hohlraum 28 aufgebracht werden.
Alternativ zu einem vorgefertigten Sockelelement 14 bzw. zu vorgefertigten Segmenten 16, die vor Ort zu einem Sockelelement 14 zusammengesetzt werden, kann das Sockelelement wie in der dritten Ausführungsform dargestellt auch mittels Schalung (nicht dargestellt), Bewehrung (nicht dargestellt) und insitu Ausgießen mit Ortbeton vor Ort auf dem Auflagerbereich 25 hergestellt werden.
Hierfür wird gemäß eines Schalungsplanes auf dem Auflagerabschnitt 25 eine nicht dargestellte Schalung errichtet. In diese Schalung ragen die in den Horizontalelementen 22 vorgesehenen oder in diese in die Durchbrüche 18 einsetzbaren Ankerstangen 19 hinein. Die Ankerstangen 19 werden in die in der Schalung vorzusehende, nicht dargestellte Bewehrung gemäß einem Bewehrungsplan eingebunden. Anschließend wird Ortbeton eingebracht. Nach dem Aushärten ist das Sockelelement 14 mit dem zweiten Abschnitt 12 verbunden und der Turm kann errichtet werden.
Eine weitere Alternative zum Errichten des Sockelelements 14 des erfindungsgemäßen Fundaments 10 ist in den Figuren 20,21 gezeigt. Alternativ zu der nicht dargestellten Schalung bzw. diese hier (ebenfalls nicht dargestellt) teilweise setzend, sind vorgefertigte Betonhalbfertigteile als Platten 49 und 50 vorgesehen. Diese liegen auf den Auflage Abschnitt 29, 30 auf und bilden somit zusammen mit den Auflageabschnitten 29,30, aus denen die Ankerstange 19 herausragen, im Wesentlichen die Unterseite des Sockelelements 15. Weiterhin vorgesehen sind L-förmige Elemente 51 für die Innenseite des Sockelelements 15 und 52 für die Außenseite des Sockelelements 15. Dieses liegen ebenfalls auf den Auflage Abschnitt 29, 30 auf.
Die Betonhalbfertigteile 49, 50, 51 , 52 beinhalten Bewehrung und sind weiterhin mit nach außen reichender Bewehrung (nicht dargestellt) versehen.
Weiterhin können die Betonhalbfertigteile 49, 50, 51 , 52 Aussparungen 53 für die Ankerstangen 19 und/oder die Durchbrüche 40 aufweisen. Die fertig angeordneten Betonhalbfertigteile 49, 50, 51 , 52 bilden bevorzugt eine Wanne 54 in die Ortbeton eingebracht wird. Beispielsweise kann in der Wanne noch zusätzlich weitere Bewährung vorgesehen werden, um die Steifigkeit des Sockelelements 15 zu erhöhen.
Kombinationen aus Schalung und Betonhalbfertigteilen 49, 50, 51 , 52 sind ebenfalls möglich.
Nach dem Aushärten ist das Sockelelement 14 mit dem zweiten Abschnitt 12 verbunden und der Turm kann darauf errichtet werden.
Bezugszeichenliste Fundament 44 Seitenfläche erster Abschnitt /Sockelabschnitt 45 Radius
zweiter Abschnitt 46 Kreis
Sockelelement 47 L-förmiges Element Innenraum 48 Abdeckplatte Segment 49 Platte
Verbindungsbereich 50 Patte
Durchbruch 51 L-förmiges Element Ankerstangen 52 L-förmiges Element Sockel 53 Aussparung Stufenabschnitt 54 Wanne
Horizontalelement/
Rippenelement 100 Boden
Grundplatte 101 Baugrube
Inneres Ende 102 Sauberkeitsschicht Auflagerabschnitt 104 Aufschüttboden Versteifungswand
äußeres Ende A Verschieberichtung Hohlraum B Abstand erster Auflagerabschnitt
zweiter Auflagerabschnitt
freibleibender Bereich
Durchgang
Aussparung
Verjüngungsbereich
Bewehrungselement
Verbindungsmittel
Endwand
Mörtel /Ortbeton
Durchbruch
Unterseite
unteres Ende
Vertiefung

Claims

Patentansprüche
1. Fundament für eine Windkraftanlage, wobei das Fundament (10) im Wesentlichen vorgefertigte Elemente, bevorzugt aus bewehrtem Beton, aufweist, mit einem ersten, sich vertikal erstreckenden sockelartig ausgeführten Abschnitt (1 1 ), auf dem ein Turm der Windkraftanlage anordbar ist, und einem zweiten sich im Wesentlichen horizontal erstreckenden Abschnitt (12) als Fundamentkörper, der sich in Kontakt mit dem Boden (100) befindet, wobei der erste Abschnitt (11 ) oberhalb des zweiten Abschnitts (12) angeordnet ist und wenigstens ein geschlossenes Sockelelement (14), bevorzugt hülsenförmig, aufweist, das ringförmig oder polygonal ausgeführt ist, und wobei der zweite Abschnitt (12) aus wenigstens zwei Horizontalelementen (22) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Horizontalelemente (22) einen Auflageabschnitt (25) für den ersten Abschnitt (11 ) aufweisen, bevorzugt sockelartig, der in wenigstens zwei Teilbereiche (29, 30) durch eine zwischen den Teilbereichen (29, 30) vorgesehene Aussparung (33), bevorzugt begehbar, aufgeteilt ist, von denen wenigstens einer mit dem darüber angeordneten ersten Abschnitt (11 ) haltend verbunden ist.
2. Fundament nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (33) unterhalb eines Durchbruchs (40) im ersten Abschnitt (1 1 ) zur Durchführung eines Vorspannelements des Turms der Windkraftanlage angeordnet ist, und/oder dass der erste Teilbereich (29) am vorderen inneren Ende (24) des Horizontalelements (22) vorgesehen ist.
3. Fundament nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (12) aus wenigstens drei Horizontalelementen (22) gebildet ist, und dass die Horizontalelemente (22) in Abhängigkeit von den Parametern des zu errichtenden Turmes, insbesondere dem Turmradius, anordbar sind.
4. Fundament nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Horizontalelemente (22) seitlich beabstandet zueinander angeordnet sind, oder dass die Horizontalelemente (22) seitlich parallel beabstandet zueinander angeordnet sind.
5. Fundament für eine Windkraftanlage, wobei das Fundament (10) im Wesentlichen vorgefertigte Elemente, bevorzugt aus bewehrtem Beton, aufweist, mit einem ersten, sich vertikal erstreckenden sockelartig ausgeführten Abschnitt (11 ), auf dem ein Turm der Windkraftanlage anordbar ist, und einem zweiten sich im Wesentlichen horizontal erstreckenden Abschnitt (12) als Fundamentkörper, der sich in Kontakt mit dem Boden (100) befindet, wobei der erste Abschnitt (1 1) oberhalb des zweiten Abschnitts (12) angeordnet ist und wenigstens ein geschlossenes Sockelelement (14), bevorzugt hülsenförmig, aufweist, das ringförmig oder polygonal ausgeführt ist, und wobei der zweite Abschnitt (12) aus wenigstens zwei Horizontalelementen (22) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Horizontalelemente (22) in Abhängigkeit von den Parametern des zu errichtenden Turmes anordbar sind.
6. Fundament nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Horizontalelemente (22) seitlich beabstandet zueinander angeordnet sind, oder dass die Horizontalelemente (22) seitlich parallel beabstandet zueinander angeordnet sind.
7. Fundament nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Horizontalelemente (22) einen Auflageabschnitt (25) für den ersten Abschnitt (1 1) aufweisen, bevorzugt sockelartig, der in wenigstens zwei Teilbereiche (29, 30) durch eine zwischen den Teilbereichen (29, 30) vorgesehene Aussparung (33), bevorzugt begehbar, aufgeteilt ist, von denen wenigstens einer mit dem darüber angeordneten ersten Abschnit (1 1 ) haltend verbunden ist.
8. Fundament nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (33) unterhalb eines Durchbruchs (40) im ersten Abschnitt (1 1) zur Durchführung eines Vorspannelements des Turms der Windkraftanlage angeordnet ist, und/oder dass der erste Teilbereich (29) am vorderen inneren Ende (24) des Horizontalelements (22) vorgesehen ist.
9. Fundament nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Sockelelement (14) des ersten Abschnitts (11 ) wenigstens einen im Wesentlichen vertikalen Durchbruch (18) aufweist, in dem ein im Wesentlichen vertikales Verspannelement, Vorspannelement, Bewehrungselement oder Ankerelement, bevorzugt Gewindestange, angeordnet ist.
10. Fundament nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Auflageabschnitt (25) des Horizontalelements (22) des zweiten Abschnitts (12) wenigstens einen im Wesentlichen vertikalen Durchbruch aufweist, der montiert mit dem wenigstens einen im Wesentlichen vertikalen Durchbruch (18) des wenigstens einen Sockelelements (14) des ersten Abschnitts (11 ) fluchtet.
1 1. Fundament nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Sockelelement (14) des ersten Abschnitts (11 ) und die wenigstens zwei Horizontalelemente (22) des zweiten Abschnitts (12) durch das im Wesentlichen vertikale Verspannelement, Vorspannelement, Bewehrungselement oder Ankerelement so miteinander verbunden sind, dass keine weiteren Befestigungsmittel, insbesondere horizontale Befestigungsmittel, für den Abtrag der Lasten der Windkraftanlage erforderlich sind.
12 Fundament nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb oder innerhalb des zweiten Abschnitts (12) wenigstens ein Widerlager vorgesehen ist, gegen das die im Wesentlichen vertikalen Verspannelemente angeordnet und gespannt sind, und/oder dass oberhalb oder innerhalb des ersten Abschnitts (11 ) ein Widerlager vorgesehen ist, gegen das die im Wesentlichen vertikalen Verspannelemente angeordnet und gespannt sind, wobei das obere Widerlager bevorzugt ein Flansch des Turmes der Windkraftanlage ist.
13. Fundament nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer sockelartig ausgeführter Abschnitt vorgesehen ist, der unterhalb des zweiten Abschnitts (12) angeordnet ist und wenigstens ein geschlossenes Sockelelement, bevorzugt hülsenförmig, aufweist, und dass der weitere Abschnitt für den Abtrag der Lasten der Windkraftanlage erforderlich ist.
14. Fundament nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den Elementen (22, 16) vertikale und horizontale Fugen vorhanden sind, indem zwischen den Elementen (22, 16) vertikale und/oder horizontale Abstandshalter angeordnet sind.
15. Fundament nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass vertikale und/oder horizontale Fugen zwischen den Elementen (22, 16) wenigstens teilweise mit einem Mörtel oder einem Ortbeton gefüllt sind.
16. Fundament nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlossene Sockelelement (14) des ersten Abschnitts (11 ) und/oder des Weiteren Abschnitts aus wenigstens zwei Segmenten (16) zusammengesetzt ist, wobei zwischen den Segmenten (16) ein Verbindungsbereich (17) vorgesehen ist.
17. Fundament nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Segmente (16) im Verbindungsbereich (17) überlappen, wobei sich auch die Durchbrüche (18) im Überlappungsbereich überlappen.
18. Fundament nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente im Verbindungsbereich (17) mit im Wesentlichen vertikalen Stoßflächen (38) aneinandergrenzen, wobei bevorzugt Abstände zwischen den Stoßflächen vorgesehen sind.
19. Fundament nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass im Verbindungsbereich (37) im Wesentlichen horizontale Bewehrungselement 36) aus den Segmenten (16) austreten, die sich im Verbindungsbereich (37) überlappen.
20 Fundament nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Segmente (16) im Verbindungsbereich (37) im Hinblick auf die Höhe der Segmente (16) und/oder der Breite der Segmente (16) verjüngen, wobei bevorzugt in den verjüngten Abschnitten Durchbrüche (18) vorgesehen sind.
21 Fundament nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass sich die horizontalen Bewehrungselemente (36) in den Verjüngungsabschnitten (35) überlappen.
22. Fundament nach einem der Ansprüche 16 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (17) und/oder Verjüngungsbereich (35) mit einem Mörtel und/oder einem Ortbeton (39) verfüllt ist.
23. Fundament nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (11 ) nur ein geschlossenes Sockelelement (14) aufweist.
24. Fundament nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Sockelelement (14) wenigstens teilweise in einer Schalung vor Ort gegossen ist.
25. Fundament nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Sockelelement (14) wenigstens teilweise aus vorgefertigten Halbfertigbetonteilen erstellt ist, die mit Ortbeton ausgegossen sind.
26. Fundament nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass in den Horizontalelementen (22) Verbindungsmittel (19) vorgesehen sind, die zur Herstellung einer Verbindung mit dem Sockelelement (14) mit eingegossen sind.
27. Verfahren zur Herstellung eines Fundaments (10) für eine Windkraftanlage, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 26, wobei das Fundament (10) im Wesentlichen aus vorgefertigten Elementen, bevorzugt aus bewehrtem Beton, errichtet wird, wobei ein sich im Wesentlichen horizontal erstreckender Abschnitt (12) als Fundamentkörper in Kontakt mit dem Boden (100) vorgesehen wird, auf dem ein sich vertikal erstreckender sockelartig ausgeführter Abschnitt (11 ) angeordnet wird, der als ein geschlossenes Sockelelement (14), bevorzugt hülsenförmig, vorgesehen wird, das ringförmig oder polygonal ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der horizontale Abschnitt (12) aus wenigstens drei Horizontalelementen (22) gebildet wird, und dass die Horizontalelemente (22) in Abhängigkeit von den Parametern des zu errichtenden Turmes angeordnet sind.
28. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Horizontalelemente (22) seitlich beabstandet zueinander angeordnet werden, oder dass die Horizontalelemente (22) seitlich parallel beabstandet zueinander angeordnet werden.
29. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass der sockelartig ausgeführte Abschnitt (11 ) auf dem sich im Wesentlichen horizontal erstreckender Abschnitt (12) erstellt wird, indem eine Schalung mit Bewehrung und/oder wenigstens teilweise vorgefertigten Halbfertigbetonteile vorgesehen werden, die dann mit Ortbeton ausgegossen werden.
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