WO2020207651A1 - Beschichtung für gründung - Google Patents

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WO2020207651A1
WO2020207651A1 PCT/EP2020/054597 EP2020054597W WO2020207651A1 WO 2020207651 A1 WO2020207651 A1 WO 2020207651A1 EP 2020054597 W EP2020054597 W EP 2020054597W WO 2020207651 A1 WO2020207651 A1 WO 2020207651A1
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WO
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foundation
subsoil
coating
pile
penetrating
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/054597
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English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Bartminn
Volker Herwig
Benjamin Matlock
Original Assignee
Innogy Se
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Publication date
Application filed by Innogy Se filed Critical Innogy Se
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Priority to JP2021560114A priority patent/JP7404391B2/ja
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D27/00—Foundations as substructures
    • E02D27/32—Foundations for special purposes
    • E02D27/42—Foundations for poles, masts or chimneys
    • E02D27/425—Foundations for poles, masts or chimneys specially adapted for wind motors masts
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D15/00—Handling building or like materials for hydraulic engineering or foundations
    • E02D15/08—Sinking workpieces into water or soil inasmuch as not provided for elsewhere
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D7/00—Methods or apparatus for placing sheet pile bulkheads, piles, mouldpipes, or other moulds
    • E02D7/24—Placing by using fluid jets

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for introducing a foundation into a building ground » such.
  • the vibration process of driving a pile can be interrupted by deactivating the vibration device.
  • the vibration device must be reactivated.
  • a weight acting on the pole can also be increased, for example.
  • the vibration process has been interrupted for a long time and cannot be restarted without further ado due to setup effects such as pore water overpressure reduction.
  • This is, for example, a so-called near layer on an immediate pile surface. This can therefore be the cause of a reduced load-bearing capacity of such a completely vibrated-in pile compared to a pile driven in.
  • the disadvantage is that there is a risk of subsoil when foundations are vibrated in (e.g. a pile), so that a reduced load-bearing capacity of such a foundation, which is completely vibrated in, for example.
  • the object is based on the task of providing a solution to improve the load-bearing capacity of vibrated-in foundations.
  • an apparatus According to a first exemplary aspect of the invention, an apparatus
  • the device is characterized in that one end of a foundation penetrating into the subsoil has a coating, the coating forming a lubricating film through the action of moisture and / or movement; and / or wherein the coating hardens and / or expands after water saturation.
  • Vibration of a foundation into a subsoil with the introduction of high-frequency Vibrations that are generated by means of a vibration device attached to the foundation are disclosed, the vibrations causing the subsoil to liquefy so that the foundation penetrates into the subsoil, the method comprising:
  • the coating forms a lubricating film through the action of moisture and / or movement; and / or wherein the coating according to
  • a device which is set up for executing and / or controlling the method according to the second aspect of the invention or comprises respective means for executing and / or controlling the steps of the method according to the second aspect of the invention. Either all steps of the method can be controlled, or all steps of the method can be executed, or one or more steps can be controlled and one or more steps can be executed. One or more of the means can also be carried out and / or controlled by the same unit.
  • the vibration device will also be referred to as a vibrator or a vibrating bear. Under high frequency vibrations within the meaning of the present subject are
  • a high-frequency oscillation in the context of the present subject matter is to be understood as meaning, for example, an oscillation within a frequency band of approximately 5 Hz to 150 Hz, preferably from 10 Hz to 50 Hz.
  • Penetration process to be understood in which the foundation is brought into the subsoil to the intended final depth.
  • the pile When the pile is completely vibrated in, it can, for example, have a reduced, in particular axial and / or lateral load limit compared to hammering, which is caused, for example, by the formation of the liquefaction zone.
  • This load limit can be
  • Subsoil e.g. soil
  • a lubricating film is understood in particular to mean that there is a frictional resistance on a surface (e.g. the coating of the end of the foundation that penetrates the subsoil, e.g. a pile) that is lower than a frictional resistance of a comparable object (e.g. a non-coated end of the foundation, e.g. a non-coated pile).
  • a comparable object e.g. a non-coated end of the foundation, e.g. a non-coated pile.
  • An exemplary embodiment according to all aspects of the present invention provides that the foundation is a pile and / or wherein the foundation establishes or anchors an offshore and / or onshore structure.
  • the foundation comprises or consists for example of one or more pipe segments.
  • the one or more pipe segments form, for example, a pile (also referred to as a foundation pile).
  • the foundation is open at the bottom, for example.
  • the end of the foundation that penetrates the subsoil is at
  • the foundation can, for example, be in the form of sheet piling, sheet pile profiles, in the form of piles, in particular foundation piles for, for example, monopiles or, for example, in the form of any shaped profiles, for example for the foundation of onshore or offshore wind turbines.
  • the end of the foundation penetrating into the subsoil (e.g. pile end) is designed, for example, in such a way that material transport (e.g. through the penetration of the ground displaced) into the inside of the foundation (e.g. into the hollow pile) supports becomes.
  • the end of the foundation penetrating into the subsoil is designed, for example, in such a way that the transport of material into the interior of the foundation is reduced or prevented.
  • An offshore and / or onshore structure is a wind turbine, an oil rig, a production platform, a transformer and / or research platform, a pipeline, or a combination thereof, to name just a few non-limiting examples.
  • the combination “and / or” in the sense that it is, for example, an “offshore and / or onshore structure” includes in particular a structure which z. B. is founded with more than one pile, with one pile onshore, and another pile of the same structure is offshore. .
  • An exemplary embodiment according to all aspects of the present invention provides that the coating encases at least the end of the foundation that penetrates into the subsoil and / or is at least applied to the end that penetrates into the subsoil.
  • the end of the foundation penetrating into the subsoil is sheathed and / or is applied in the sense of the present subject at least to the end penetrating into the subsoil if the coating is arranged essentially firmly on the end of the foundation that penetrates into the subsoil.
  • the coating does not shift significantly (e.g. less than 50 cm) in relation to the foundation when it penetrates the subsoil.
  • the coating can, for example, be arranged on the foundation as part of the manufacture of the end of the foundation that penetrates into the foundation.
  • the coating is in the form of a flexible mat or the like, and this is e.g. B. wrapped around that part of the foundation that is to penetrate the ground first.
  • the coating is then fixed in the form of one or more mats, so that the coating does not shift (e.g. in the vertical direction of the longitudinal extension of the foundation) when the foundation penetrates the ground later (by vibrating it).
  • the inside of the pile is optionally coated in addition to or instead of the outside.
  • the coating is, for example, a processable material, e.g. B. in liquid or powder form, which is applied to the end of the foundation in the manner of a suspension (e.g. such as applying paint) so that the coating is then inextricably linked to the foundation.
  • a suspension e.g. such as applying paint
  • the coating comprises or consists of a liquefiable (also referred to as fluidizable) material.
  • a liquefiable or fluidizable material in the context of the present subject matter is understood to mean a material that at least partially liquefies under the influence of vibrations and / or the addition of a second material, in particular water, which differs from the fluidizable material.
  • a second material in particular water
  • Such a feature is particularly notable fluidizable material in that it is solid in a first state, and at least one surface of the material that comes into contact with water liquefies, so that a lubricating film is formed at least on the surface that has come into contact with the water
  • a fluidizable material can be soaked with water, for example, so that it gradually [almost] completely liquefies.
  • the coating comprises or consists of a fluidizable material, it is possible, upon contact with water (e.g. by adding water during the
  • An exemplary embodiment according to all aspects of the present invention provides that when penetrating the subsoil, a lubricating film is created between the liquefiable material and the subsoil, so that the penetration speed of the foundation into the subsoil is increased by means of the liquefiable material.
  • the coating at least partially liquefies on contact with water, creating a lubricating film at least on the surface of the coating. This facilitates the penetration of the foundation into the subsoil by reducing the resulting friction between the foundation and the subsoil, which is essentially caused by the
  • the coating expands at least partially in the immediate vicinity or hardens in the immediate vicinity, in particular due to the fact that a vibration-induced liquefaction after The end of the vibration process is prevented and the material returns to the solid state.
  • the end of the foundation is anchored in the surrounding subsoil.
  • An exemplary embodiment according to all aspects of the present invention provides that the coating can be applied to an outer surface of the foundation before or during the introduction process.
  • such a coating can be applied during the installation process, i. Vibration, the foundation can be applied to this.
  • a coating that z. B. is in liquefied form and then applied to the foundation. This can be done, for example, by means of external aids, such as a lance through which the coating is transferred to the application site (e.g.
  • the foundation e.g. pile
  • the coating e.g. the coating in the form of a casing
  • the vibration supports for example, at least partially a liquefaction of the coating, so that the
  • Coating e.g. in the form of a jacket
  • An exemplary embodiment according to all aspects of the present invention provides that the coating can be soaked with water before or during the introduction process.
  • the pile or the casing is set in vibration, so that the coating is fluidized or the liquefaction of the coating is supported by the vibration. This is achieved, for example, in that the vibration makes the coating more soakable with water.
  • the coating or the fluidizable material comprised by the coating behaves, for example, as a Bingham body, or as thixotropic (e.g. non-Newtonian fluids which, with constant shear, reduce the viscosity over time; after the end of the coating
  • Shear stress increases the viscosity again as a function of time) or rheopex (e.g. a time dependency of the flow properties in non-Newtonian fluids where the viscosity (Viscosity] increases as a result of continuous mechanical stress and only decreases again after the end of the stress phase] Material exhibiting properties.
  • Non-Newtonian fluids for example, are designated as Bingham fluids, which only begin to flow from a minimum shear stress of a defined yield point. Below that, such fluids behave like a rigid solid.
  • the coating comprises or consists of one or more bentonite mats and / or bentonite cement mats.
  • the end of the foundation penetrating into the subsoil (e.g. a pile) can be coated in such a way that the coating hardens and / or expands after water saturation.
  • the coating comprises or consists, for example, of bentonite mats and / or bentonite cement mats.
  • Such bentonite cement mats are provided, for example, with reactive aggregates which, for. B. Ettringite, sulfate or alkali-silica shoots, to name just a few non-limiting examples, propagate.
  • An exemplary embodiment according to all aspects of the present invention provides that the coating is provided with reactive additives that delay the curing and / or expansion of the coating.
  • Such reactive surcharges propagate, for example, a drift, e.g. B. of water, so that hardening (or solidification) and / or expansion of the coating after contact with a liquid (e.g. water) is noticeably delayed.
  • the foundation can first penetrate completely into the subsoil, and after that When the foundation reaches its final depth or depth, the coating hardens and / or expands.
  • this hardening and / or expansion of the coating increases the strength with which the foundation is held in the ground across from a foundation that is completely increased (e.g. lateral and / or axial) load capacity simply by vibrating it into the subsoil.
  • structures with a higher weight and / or higher associated dynamic loads (such as wind loads) can then be founded or respectively be anchored.
  • An exemplary embodiment according to all aspects of the present invention provides that the end of the foundation penetrating into the subsoil is at least partially filled with a material, so that the end of the foundation is expandable, and so that the end of the foundation is caused by an expansion of the material is pressed and / or pressed against the external surrounding subsoil.
  • the material is, for example, a reactive material.
  • a reactive material may, for example, expand, e.g. B. by the action of moisture and / or by contact with water.
  • z. B. from the foundation designed as a pile can expand, a force acting in the radial direction or a pressure acting in the radial direction is generated on the end penetrating into the ground through the expansion of the reactive material.
  • the end of the foundation (or the pile) penetrating into the subsoil is, for example, subsequently against the surrounding one
  • Building site e.g. B. seabed, pressed or pressed. This increases the hold of the foundation [resp. of the pile) in the subsoil [e.g. B. seabed).
  • the lower i.e. in the building site
  • penetrating end of the foundation [resp. of the pile) must be filled with grout after the foundation has been placed in the subsoil in order to ensure the same effect of pushing and / or pressing the end of the foundation that penetrates into the subsoil onto the (e.g. directly) surrounding subsoil.
  • This can also be caused, for example, by a radial pressure or a radial force, which is caused by such a growth of the end penetrating into the subsoil from the foundation. of the pile) can be generated.
  • the foundation is designed as a pile, or a pile forms the end of the foundation penetrating into the subsoil, this has, for example, a cross section of a cylinder.
  • a cross section of a cylinder As an example, it should be mentioned that an expansion or Expansion of the reactive material the outer wall of the pile is pressed and / or pressed against the surrounding subsoil (e.g. seabed) after the pile has been introduced into the subsoil.
  • the object in question is also achieved by a method for vibrating a foundation into a subsoil with the introduction of high-frequency vibrations that are generated by means of a vibration device attached to the foundation, the vibrations causing the subsoil to liquefy, so that the foundation into the subsoil penetrates, using the aforementioned devices, in which a coating is applied before the introduction of a foundation, in particular in the area of the lower end.
  • a coating is applied to the end of the foundation penetrating into the subsoil, the coating after
  • Water saturation hardens and / or expands.
  • An exemplary embodiment according to all aspects of the present invention provides that the coating is applied to an outer surface of the foundation during the penetration of the foundation into the subsoil.
  • An exemplary embodiment according to all aspects of the present invention provides that the coating is soaked with water before or during the penetration of the foundation into the building ground.
  • the coating can, for example, also before or during the introduction process with z. B. be soaked in additional water.
  • additional water is not, for example, groundwater.
  • An exemplary embodiment according to all aspects of the present invention provides that the coating is applied to the end penetrating into the subsoil of the foundation by placing a sheathing at the end of the foundation.
  • the vibration frequency can be varied, for example, during the introduction process.
  • Bringing process and / or the mass of the vibration device can be varied.
  • the foundation e.g. the pile
  • the foundation can also be driven in during the driving process.
  • the foundation e.g. the pile
  • the foundation can be bored into the subsoil during the driving process.
  • air can be blown in below the floor edge inside, e.g. B. near the coat.
  • air can also be blown into the outer surface of the foundation. This enlarges a liquefaction zone, for example, so that the foundation can penetrate the subsoil more quickly.
  • Vibration frequency and / or hammer energy and / or impact frequency can take place as a function of one or more measurement parameters. These parameters can then be evaluated, for example, in order to be able to control and / or regulate the penetration speed, e.g. B. by blowing in air.
  • An exemplary embodiment according to all aspects of the present invention provides that the coating is provided with reactive aggregates so that the curing and / or expansion of the coating is delayed after water saturation.
  • means for detecting pressures and / or friction can be provided, such as. B. modified CPTs (cone penetration tests), which are firmly (or with a defined rigidity) connected to a pile to be introduced. Via parameters detected by the means for detecting pressures and / or friction, the
  • Penetration speed can be controlled and / or regulated. Further advantageous exemplary embodiments are detailed below
  • FIG. 2 shows a representation of a further exemplary embodiment of a
  • FIG. 3 shows a flow chart of an exemplary embodiment of a method for
  • the process in question does not fundamentally differentiate between an offshore foundation and an onshore foundation.
  • Fig. 1 illustrates a representation of an exemplary embodiment of a
  • the foundation is represented in Fig. 1 by a pile 1 which is included in the foundation, or which shows the foundation.
  • the pile is in a building ground, in this case the Seabed MB introduced.
  • liquefaction zone 2 Liquefaction of the sea floor MB. This is referred to here as liquefaction zone 2, which is shown hatched. As a result of such liquefaction, the foundation 1 can penetrate into the sea floor MB due to its own weight and optionally an additional application of a further mass 9.
  • the sea floor MB is loosened, in that the structure is softened, caused by the vibrations that are generated and transmitted to the sea floor MB via the pile 1.
  • the foundation designed as a pile is encased in the area of the end 6 penetrating the sea bed with a coating 4 in the form of a bentonite mat 4.
  • This bentonite mat is arranged on the outer wall 5 of the foundation 1 in such a way that it cannot slip in the vertical direction from the sea floor MB when the foundation 1 is vibrated into the sea floor MB.
  • the coating 4 or, in the present case, the bentonite mat 4 is designed such that it hardens and / or expands after a defined period of time after water saturation, with water being absorbed, for example, through contact with the sea water W.
  • the defined period of time allows sufficient time to move pile 1 to the final depth
  • the pile When the pile is completely vibrated in, it can, for example, have a reduced, in particular lateral, load limit compared to hammering, which is caused, for example, by the formation of the liquefaction zone 2, among other things.
  • This load limit can be objectively increased decisively. This is primarily caused by the hardening and / or expansion of the coating 4 (in this case the bentonite mat 4), which is caused by a bond between, in particular, the outer wall 5 of the pile 1 and the subsoil surrounding it
  • the coating 4 fulfills a further puncture, according to which, when the pile 1 penetrates the subsoil as part of the vibration, between a liquefiable material optionally comprised by the coating 4 and the seabed through contact with water
  • a lubricating film is created, which reduces the friction between the pile and the seabed MB.
  • One consequence is that the penetration speed of the pile 1 into the sea bed MB is increased, and thus the installation of such foundations can be carried out more quickly.
  • FIG. 2 illustrates a representation of a further exemplary embodiment of an objective foundation that is vibrated into a subsoil by means of an objective method.
  • the illustrated foundation arrangement also comprises a compressor 10, which is connected to one or more lances or application means 11, for example, via a hose.
  • the compressor 10 is located, for example, on an installation ship, which is not shown in FIG. 1.
  • Application means 11 are arranged on the outer wall 5 of the pile 1. After this
  • the application means 11 can be removed again.
  • the application means 11 for example, a
  • Bentonite suspension are applied to the outer wall 5 of the pile 1, for. B. during the vibrating of the pile 1 in the sea floor MB.
  • the coating 4 can be initially produced during the penetration of the pile 1 and / or an additional coating 4 can be applied during the penetration of the pile 1 into the seabed MB.
  • FIG. 3 shows a flow chart 300 of an exemplary embodiment of a method for introducing an objective foundation into a building site (e.g. seabed).
  • a building site e.g. seabed
  • the flow diagram 300 can be carried out, for example, by a foundation arrangement shown in FIGS. 1 and 2, each of which includes corresponding means for executing and / or controlling one or more method steps.
  • One means can execute and / or control several method steps and / or several means may be necessary » to execute and / or control a (single) process step.
  • a foundation e.g. foundation 1 in Fig.
  • Liquefaction zone that surrounds the penetrating end of the foundation so that the foundation can penetrate into the subsoil at the installation site.
  • a coating is applied (for example coating 4 from FIG. 1 or 2), the coating being applied to the end of the foundation that penetrates into the subsoil.
  • Steps 301 and 302 can be carried out sequentially or in parallel.
  • the coating can already be applied during the manufacture of the foundation and thus before the foundation is introduced into the subsoil, i.e. by vibration.
  • step 302 can be carried out in parallel to step 301, so that the coating or a coating already applied to the foundation in the course of production during the vibration of the
  • Foundation can be applied into the subsoil.
  • the vibration frequency is varied during the process of driving the foundation into the subsoil. Varying the vibration frequency, e.g. B. caused by a vibration device 8 according to FIG. 1 or 2, can become a
  • an (additional) mass (e.g. mass 9 in FIG. 1 or 2) is varied, which increases, for example, the effective mass of a pile that increases the weight for penetrating the foundation into the subsoil can decrease. In this way, for example, the penetration speed of the foundation into the subsoil can be changed during the installation of the foundation at the intended location.
  • Blowing in air can, for example, blow air inside the foundation (e.g. a monopile).
  • Such means for blowing in air are designed, for example, as one or more (air) lances.
  • One or more of such lances can, for example, be attached to the foundation (e.g. pile) itself or via a support frame, to name just a few non-limiting examples.
  • the blowing in of air for example generated by the means for blowing in air, results, for example, in air bubbles that are in particular about 0.5 m above the lower edge of the foundation (e.g. above the lower edge of the pile)
  • Subsoil e.g. seabed
  • the lances are used to apply the air about 0.5 m above the lower edge of the foundation (e.g. above the lower edge of the pile) into the subsoil (e.g. the seabed).
  • z. B. generated with a compressor can be included in an installation ship.
  • a compressor can be included in an installation ship.
  • curing and / or expansion of the coating takes place after water saturation.
  • the hardening and / or expansion of the coating takes place, for example, only when the foundation has reached the intended final depth or final depth.
  • the load limit of an objective vibrated foundation can be significantly increased compared to z. B. only completely vibrated foundations without an objective coating, because of the curing and / or expansion of the
  • Coating the bond between in particular the outer wall of the foundation and the surrounding subsoil is strengthened.
  • the foundation is additionally anchored by the expansion or hardening in the manner of a foundation.
  • Method steps can be implemented in various ways, for example an implementation in software (by program instructions), hardware or a

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Abstract

Eine Gründung (1) sowie ein Verfahren zum Einvibrieren einer Gründung (1) in einen Baugrund (MB) unter Einleitung von hochfrequenten Schwingungen, die mittels einer an der Gründung (1) befestigten Vibrationseinrichtung (8) erzeugt werden, wobei die Schwingungen eine Verflüssigung des Baugrunds bewirken, so dass die Gründung in den Baugrund eindringt. Erfindungsgemäß ist oder wird die Gründung (1) während des Eindringens mit einer Beschichtung (4) versehen, die aus einem durch die Vibrationen verflüssigbaren und anschließend aushärtenden Material wie z. B. Bentonit besteht.

Description

Beschichtung für Gründung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einbringen einer Gründung in einen Baugrund» wie z. B. einen Pfahl» wobei die Gründung zur Gründung und/oder
Verankerung von Bauwerken, insbesondere von Offshore-Bauwerken dient.
Hintergrund der Erfindung
Zur Gründung und/oder Verankerung von Bauwerken werden z. B. einvibrierte Pfahle verwendet. Es ist ferner bekannt, dass einvibrierte Pfähle gegenüber eingerammten Pfählen eine verringerte axiale und auch laterale Tragfähigkeit aufweisen. Aus diesem Grund werden Pfahle auf den letzten Metern (z. B. über eine Strecke von ca. achtmal dem entsprechenden Pfahldurchmesser) üblicherweise eingerammt.
Beim Einbringen von Pfählen, die von einer Gründung für Onshore- oder Offshore Bauwerke umfasst sind, in einen Baugrund mitels Vibrationsrammen kann der Vibrationsprozess des Einbringens eines Pfahls durch Deaktivieren der Vibrationseinrichtung unterbrochen werden. Zum Fortsetzen des Vibrationsprozesses muss die Vibrationseinrichtung reaktiviert werden. Während der Unterbrechung kann ferner beispielsweise ein auf den Pfahl wirkendes Gewicht erhöht werden.
Aufgrund der teilweisen Einspannung des Pfahls durch den Baugrund kann sich jedoch das Vibrationsverhalten ändern, so dass ein weiteres Versenken mitels Vibrationsrammen erschwert bzw. nicht mehr möglich ist.
Ferner kann es Anwendungsfälle geben, bei denen es nicht (mehr) möglich ist, einvibrierte Pfähle auf den letzten Metern einzuschlagen, da beispielsweise kein entsprechender
Schlaghammer zur Verfügung steht.
Für auf Endtiefe vibrierte Gründungen, bei den nicht nachgeschlagen wird bzw. bei denen auch kein Hammer zum Nachschlagen vorgesehen ist, liegt ein Baugrundrisiko vor, falls sich der Pfahl auf den letzten Metern nicht bis zur Endtiefe vibrieren lässt, bzw. falls der
Vibrationsprozess für längere Zeit unterbrochen wurde und sich auf Grund von Setup- Effekten wie Porenwasserüberdruckabbau nicht ohne weiteres wieder starten lässt.
In jedem Fall ist ferner mit einer gegenüber in den Baugrund eingeschlagenen Gründungen verringerten Tragfähigkeit zu rechnen, die regelmäßig auf eine Auflockerungszone in der Nähe des die Gründung umgebenden Erdreiches zurückzuführen ist.
Dies ist beispielsweise eine sogenannte Nahschicht an einer unmittelbaren Pfahloberfläche. Diese kann also die Ursache für eine verringerte Tragfähigkeit eines derartigen und vollständig einvibrierten Pfahls gegenüber einem eingerammten Pfahl sein.
Allgemeine Beschreibung einiger beispielhafter Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung .
Nachteilig ist, dass ein Baugrundrisiko beim Einvibrieren von Gründungen (z. B. ein Pfahl) besteht, so dass eine verringerte Tragfähigkeit einer derartigen und vollständig einvibrierten Gründung z. B. gegenüber einer eingerammten Gründung zur Gründung und/oder
Verankerung von Bauwerken besteht.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt dem Gegenstand die Aufgabe zu Grunde, eine Lösung bereitzustellen, um die Tragfähigkeit von einvibrierten Gründungen zu verbessern.
Gemäß einem ersten beispielhaften Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung
vorgeschlagen, die zum Einvibrieren in einen Baugrund unter Einleitung von hochfrequenten Schwingungen, die mittels einer an der Gründung befestigten Vibrationseinrichtung erzeugt werden, vorgesehen ist, wobei die Schwingungen eine Verflüssigung des Baugrunds bewirken, so dass die Gründung in den Baugrund eindringt. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein in den Baugrund eindringendes Ende einer Gründung eine Beschichtung aufweist, wobei die Beschichtung durch Einwirkung von Feuchtigkeit und/oder Bewegung einen Schmierfilm bildet; und/oder wobei die Beschichtung nach Wassersättigung aushärtet und/oder expandiert.
Gemäß einem zweiten beispielhaften Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum
Einvibrieren von einer Gründung in einen Baugrund unter Einleitung von hochfrequenten Schwingungen, die mittels einer an der Gründung befestigten Vibrationseinrichtung erzeugt werden, offenbart, wobei die Schwingungen eine Verflüssigung des Baugrunds bewirken, so dass die Gründung in den Baugrund eindringt, das Verfahren umfassend:
Aufbringen einer Beschichtung auf ein in den Baugrund eindringendes Ende der
Gründung, wobei die Beschichtung durch Einwirkung von Feuchtigkeit und/oder Bewegung einen Schmierfilm bildet; und/oder wobei die Beschichtung nach
Wassersättigung aushärtet und/oder expandiert, offenbart.
Gemäß einem beispielhaften Aspekt des vorliegenden Gegenstand wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die zur Ausführung und/oder Steuerung des Verfahrens nach dem zweiten Aspekt der Erfindung eingerichtet ist oder jeweilige Mittel zur Ausführung und/oder Steuerung der Schritte des Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst. Dabei können entweder alle Schritte des Verfahrens gesteuert werden, oder alle Schritte des Verfahrens ausgeführt werden, oder ein oder mehrere Schritte gesteuert und ein oder mehrere Schritte ausgeführt werden. Ein oder mehrere der Mittel können auch durch die gleiche Einheit ausgeführt und/oder gesteuert werden.
Diese zwei Aspekte der vorliegenden Erfindung weisen u.a. die nachfolgend beschriebenen - teilweise beispielhaften - Eigenschaften auf.
Es ist erkannt worden, dass z. B. bei einer Pfahlinstallation insbesondere zur Gründung von OfFshore-Bauwerken mittels Vibration, auch als Einvibrieren bezeichnet, z. B. bei sandigen Böden eine Verflüssigung des den Pfahl umgebenden Bodens erfolgt. Durch eine derartige Verflüssigung kann der Pfahl durch sein Eigengewicht in den Boden einsinken bzw.
eindringen.
Da insbesondere bei der Installation von Offshore Gründungen beispielsweise das
Schlagrammen von Pfählen für Gründungen von sogenannten Monopiles, Jacketts oder andere Fundamenttypen nicht unumstritten ist, z. B. aufgrund der damit verbundenen
Geräuschentwicklung, die z. B. zu einer Beeinträchtigung z. B. von Meeressäugetieren führen kann, ist gegenständlich vorgesehen, die Belastbarkeit einer Gründung trotz Einvibrierens zu verbessern.
Die Vibrationseinrichtung wird auch als Vibrator oder als Vibrationsbär bezeichnet werden. Unter hochfrequenten Schwingungen im Sinne des vorliegenden Gegenstands sind
Schwingungen zu verstehen, die dazu geeignet sind, sich im Baugrund so auszubreiten, dass bei der in den Baugrund eingebrachten Gründung z B. sowohl die Mantelreibung als auch der Spitzenwiderstand des Bodens überwunden wird, der Boden vor einem Profilfuß der Gründung (z. B. Pfahl) also quasi verflüssigt wird, wodurch die Gründung infolge ihrer Gewichtskraft in den Baugrund eindringt.
Unter einer hochfrequenten Schwingung im Sinne des vorliegenden Gegenstands ist beispielsweise eine Schwingung innerhalb eines Frequenzbandes von etwa 5 Hz bis 150 Hz, vorzugsweise von 10 Hz bis 50 Hz zu verstehen.
Als Eindringprozess der Gründung in den Baugrund ist dabei der Prozess - auch als
Eindringprozess bezeichnet - zu verstehen, bei dem die Gründung auf die vorgesehene Endtiefe in den Baugrund eingebracht wird. Beim vollständigen Einvibrieren des Pfahls kann dieser beispielsweise gegenüber einem Einschlagen eine verminderte insbesondere axiale und/oder laterale Belastungsgrenze aufweisen, die beispielsweise unter anderem durch das Entstehen der Verflüssigungszone verursacht ist. Diese Belastungsgrenze kann
gegenständlich entschieden vergrößert werden. Dies wird vor allen Dingen durch das Aushärten und/oder Expandieren der Beschichtung hervorgerufen, die durch eine Bindung zwischen insbesondere der Außenwand der Gründung und dem diesen umgebenden
Baugrund (z. B. Erdreich) eine zusätzliche Verankerung gewährleistet
Unter einem Schmierfilm im Sinne des vorliegenden Gegenstands wird insbesondere verstanden, dass auf einer Oberfläche (z. B. die Beschichtung des in den Baugrund eindringenden Endes der Gründung, z. B. ein Pfahl) ein Reibwiderstand herrscht, der geringer ist als ein Reibwiderstand eines vergleichbaren Objekts (z. B. eines nicht-beschichteten Endes der Gründung, z. B. ein nicht-beschichteter Pfahls). Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Gründung ein Pfahl ist, und/oder wobei die Gründung ein Offshore- und/oder Onshore Bauwerk gründet bzw. verankert. Die Gründung umfasst oder besteht beispielsweise aus einem oder mehreren Rohrsegmenten. Das eine oder die mehreren Rohrsegmente bilden beispielsweise einen Pfahl (auch als Gründungspfahl bezeichnet) aus. Die Gründung ist beispielsweise nach unten hin offen. Z. B. ist das in den Baugrund eindringende Ende der Gründung nach unten, also in
Eindringrichtung in den Baugrund hinein, offen.
Die Gründung kann beispielsweise in Form von Spundwänden, Spundprofilen, in Form von Pfählen, insbesondere Gründungspfahlen für beispielsweise Monopiles oder beispielsweise in Form von beliebig gestalteten Profilen vorliegen, beispielsweise für die.Gründung von Onshore oder Offshore Windenergieanlagen.
Das in den Baugrund eindringende Ende der Gründung (z. B. Pfählende) ist beispielsweise derart ausgebildet, dass Stofftransport (z. B. durch das Eindringen verdrängter Baugrund) ins Innere der Gründung hinein (z. B. in den hohlen Pfahl hinein) unterstützt wird.
Alternativ ist das in den Baugrund eindringende Ende der Gründung beispielsweise derart ausgebildet, dass Stofftransport ins Innere der Gründung hinein vermindert bzw. verhindert wird.
Bei einem Offshore und/oder Onshore Bauwerk handelt es sich um eine Windenergieanlage, eine Bohrinsel, eine Förderplattform, eine Umspann- und/oder Forschungsplattform, eine Pipeline, oder eine Kombination hiervon, um nur einige nicht-limitierende Beispiele zu nennen.
Die Kombination„und/oder" im dem Sinne, dass es sich beispielsweise um ein„Offshore- und/oder Onshore Bauwerk" handelt, umfasst insbesondere ein Bauwerk, welches z. B. mit mehr als einem Pfahl gegründet ist, wobei sich ein Pfahl Onshore, und ein weiterer Pfahl desselben Bauwerks Offshore befindet. .
Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Beschichtung zumindest das in den Baugrund eindringende Ende der Gründung ummantelt und/oder zumindest auf das in den Baugrund eindringende Ende appliziert ist. Das in den Baugrund eindringende Ende der Gründung ummantelt und/oder ist im Sinne des vorliegenden Gegenstands zumindest auf das in den Baugrund eindringende Ende appliziert, wenn die Beschichtung im Wesentlichen fest auf dem Ende der Gründung angeordnet ist, das in den Baugrund eindringt. Insbesondere verschiebt sich die Beschichtung planmäßig nicht wesentlich (z. B. weniger als 50cm) in Relation zu der Gründung, wenn diese in den Baugrund eindringt.
Für den Fall, dass die Beschichtung die Gründung ummantelt, kann beispielsweise die Beschichtung im Rahmen der Herstellung des in den Baugrund eindringenden Endes der Gründung an dieses angeordnet werden. Beispielsweise ist die Beschichtung in Form einer flexiblen Matte oder dergleichen, und diese wird z. B. um denjenigen Teil der Gründung, der in den Baugrund zuerst eindringen soll, umwickelt. Anschließend wird die Beschichtung in Form von einer oder mehreren Matten fixiert, so dass sich die Beschichtung insbesondere beim späteren Eindringen (durch ein Einvibrieren) der Gründung in den Baugrund nicht verschiebt (z. B. in vertikaler Richtung der Längserstreckungsrichtung der Gründung). Alternativ ist die Pfahlinnenseite ggf. zusätzlich oder statt der Außenseite beschichtet.
Für den Fall, dass die Beschichtung auf die Gründung appliziert ist, ist die Beschichtung beispielsweise ein verarbeitbares Material, z. B. in flüssiger oder Pulver-Form, die nach Art einer Suspension (z. B. wie einem Aufträgen von Lack) auf das Ende der Gründung aufgetragen wird, so dass die Beschichtung anschließend unlösbar mit der Gründung verbunden ist. Derart kann sichergestellt werden, dass sich die Beschichtung insbesondere beim späteren Eindringen (durch ein Einvibrieren) der Gründung in den Baugrund nicht verschiebt (z. B. in vertikaler Richtung der Längserstreckungsrichtung der Gründung) und/oder von der Gründung löst.
Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Beschichtung ein verflüssigbares (auch als fluidizierbar bezeichnet) Material umfasst oder aus diesem besteht.
Unter einem verflüssigbaren bzw. fluidizierbaren Material im Sinne des vorliegenden Gegenstands wird ein Material verstanden, dass sich unter Einfluss von Vibrationen und/oder Zugabe eines zweiten, von dem fluidizierbaren Material abweichenden Material, insbesondere Wasser, zumindest teilweise verflüssigt. Insbesondere zeichnet sich ein derartiges fluidizierbares Material dadurch aus, dass es in einem ersten Zustand fest ist, und sich zumindest eine Oberfläche des Materials, die mit Wasser in Berührung kommt, verflüssigt, so dass zumindest an der Oberfläche die mit dem Wasser in Berührung gekommen ist, ein Schmierfilm entsteht Es versteht sich, dass ein derartiges fluidizierbares Material beispielsweise mit Wasser getränkt werden kann, so dass es sich sukzessive [nahezu] vollständig verflüssigt.
Dadurch, dass die Beschichtung ein fluidizierbares Material umfasst oder aus diesem besteht, ist es möglich, bei Kontakt mit Wasser (z. B. durch Zugabe von Wasser während des
Einbringens der Gründung in den Baugrund, und/oder durch Wasser (z. B. Grundwasser], das bereits in dem Baugrund vorhanden ist] und/oder Einwirkung von Vibrationen an der Oberfläche der Beschichtung einen Schmierfilm zu erzeugen. Da ferner die Beschichtung beispielsweise an dem unteren Bereich der Gründung angeordnet ist, der in den Baugrund als erstes eindringt, kann somit die Reibung, die beim Einbringen der Gründung in den Baugrund entsteht, verringert werden.
Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass beim Eindringen in den Baugrund zwischen dem verflüssigbaren Material und dem Baugrund ein Schmierfilm entsteht, so dass die Eindringgeschwindigkeit der Gründung in den Baugrund mittels des verflüssigbaren Materials erhöht wird.
Die Beschichtung verflüssigt sich durch den Kontakt mit Wasser zumindest teilweise, wodurch ein Schmierfilm zumindest an der Oberfläche der Beschichtung entsteht. Dieserleichtert das Eindringen der Gründung in den Baugrund durch eine Reduzierung der entstehenden Reibung zwischen Gründung und Baugrund, die im Wesentlichen durch den
Schmierfilm hervorgerufen ist.
Wenn die Gründung ihre Endtiefe bzw. Endteufe erreicht hat, und die Beschichtung zumindest teilweise verflüssigt wurde, versteht es sich dass die Beschichtung gegenständlich zumindest teilweise in die unmittelbare Umgebung expandiert bzw. in der unmittelbaren Umgebung aushärtet, insbesondere auch dadurch, dass eine vibrationsbedingte Verflüssigung nach Beendigung des Vibrationsvorgangs unterbunden ist und das Material wieder in den festen Zustand übergeht. D.h. das Ende der Gründung wird im umgebenden Baugrund verankert. Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Beschichtung vor oder während des Einbringvorgangs auf eine äußere Oberfläche der Gründung aufbringbar ist.
Alternativ oder zusätzlich zum Anbringen der Beschichtung bereits im Rahmen der
Herstellung der Gründung, kann eine derartige Beschichtung während des Einbringvorgangs, d.h. Einvibrierens, der Gründung auf diese appliziert werden.
Hierfür eignet sich beispielsweise eine Beschichtung, die z. B. in verflüssigter Form vorliegt und dann auf die Gründung aufgetragen wird. Dies kann beispielsweise mittels externer Hilfsmittel, wie etwa einer Lanze über die die Beschichtung zum Applizierungsort (z. B.
innerhalb des Baugrunds) transportiert und anschließend dort appliziert werden kann, realisiert werden.
Während des Eindringens der Gründung in den Baugrund mittels eines Einvibrierens wird beispielsweise ferner die Gründung (z. B. Pfahl) und damit auch die Beschichtung (z, B. die Beschichtung in Form einer Ummantelung) in Vibration versetzt. Die Vibration unterstützt beispielsweise zumindest teilweise ein Verflüssigen der Beschichtung, so dass die
Beschichtung (z. B. in Form einer Ummantelung) der Gründung fluidiziert.
Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Beschichtung vor oder während des Einbringvorgangs mit Wasser tränkbar ist.
Der Pfahl bzw. die Ummantelung wird in Vibration versetzt, so dass die Beschichtung fluidiziert bzw. das Verflüssigen der Beschichtung durch die Vibration unterstützt wird. Dies wird beispielsweise dadurch realisiert, dass durch die Vibration die Beschichtung stärker mit Wasser tränkbar ist.
Die Beschichtung bzw. das von der Beschichtung umfasste fluidizierbare Material verhält sich beispielsweise als Bingham Körper, oder als thixotrope (z. B. nichtnewtonschen Fluide, die bei einer konstanten Scherung mit der Zeit die Viskosität abbauen; nach Beendigung der
Scherbelastung steigt die Viskosität zeitabhängig wieder an) oder rheopexe (z. B. eine Zeitabhängigkeit der Fließeigenschaften bei nichtnewtonschen Fluiden, bei der die Viskosität (Zähflüssigkeit] infolge andauernder mechanischer Beanspruchung zunimmt und erst nach dem Ende der Beanspruchungsphase wieder abnimmt] Eigenschaften aufweisendes Material.
Als Bingham-Fluide werden beispielsweise nichtnewtonsche Fluide bezeichnet, die erst ab einer Mindestschubspannung von einer definierten Fließgrenze zu fließen beginnt. Unterhalb davon verhalten sich derartige Fluide wie ein starrer Festkörper.
Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Beschichtung eine oder mehrere Bentonitmatten und/oder Bentonitzementmatten umfasst oder aus diesen besteht.
Beispielsweise kann das in den Baugrund eindringende Ende der Gründung (z. B. ein Pfahl] derart beschichtet sein, dass die Beschichtung nach Wassersättigung aushärtet und/oder expandiert. Die Beschichtung umfasst oder besteht beispielsweise aus Bentonitmatten und/oder Bentonitzementmatten.
Derartige Bentonitzementmatten sind beispielsweise mit reaktiven Zuschlägen versehen, welche z. B. Ettringit, Sulfat oder Alkali-Silika-Treiben, um nur einige nicht-limitier ende Beispiele zu nennen, propagieren.
Ferner können als Beschichtung z. B. Matten mit Anteilen von CSA (Kalcium Sulfoaluminat] Zementen eingesetzt werden.
Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Beschichtung mit reaktiven Zuschlägen versehen ist, die das Aushärten und/oder Expandieren der Beschichtung verzögern.
Derartige reaktive Zuschläge propagieren beispielsweise ein Treiben, z. B. von Wasser, so dass ein Aushärten (bzw. Erstarren] und/oder Expandieren der Beschichtung nach dem Kontakt mit einer Flüssigkeit (z. B. Wasser] merklich verzögert. So kann zunächst die Gründung vollständig in den Baugrund eindringen, und nach dem die Gründung ihre Endtiefe bzw. Endteufe erreicht, vollzieht sich das Aushärten und/oder Expandieren der Beschichtung. In der Folge erhöht dieses Aushärten und/oder Expandieren der Beschichtung die Festigkeit, mit der die Gründung in dem Baugrund halt findet. Die Gründung erlaubt dann eine gegenüber einer vollständig lediglich durch ein Einvibrieren in den Baugrund eingebrachten Gründung erhöhte (z B. laterale und/oder axiale) Belastbarkeit Beispielsweise können dann Bauwerke mit einem höheren Gewicht und/oder höheren damit verbundenen dynamischen Lasten [wie etwa Windlast) mit den gegenständlichen Gründungen gegründet bzw. verankert werden.
Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass das in den Baugrund eindringende Ende der Gründung zumindest teilweise mit einem Material verfüllt ist, so dass das Ende der Gründung expandierbar ist, und so dass das Ende der Gründung durch eine Expansion des Materials an den äußeren umgebenden Baugrund gedrückt und/oder gepresst ist.
Das Material ist beispielsweise ein reaktives Material. Ein derartiges reaktives Material kann beispielsweise expandieren, z. B. durch Einwirkung von Feuchtigkeit, und/oder durch Kontakt mit Wasser. Dadurch, dass ein derartiges reaktives Material beispielsweise innerhalb des in den Baugrund (z. B. Meeresboden) eindringenden Endes, z. B. von der als Pfahl ausgebildeten Gründung, expandieren kann, wird durch die Expansion des reaktiven Materials eine in radialer Richtung wirkende Kraft, bzw. ein in radialer Richtung wirkender Druck auf das in den Baugrund eindringende Ende erzeugt. Das in den Baugrund eindringende Ende der Gründung [bzw, des Pfahls) wird beispielsweise in der Folge gegen den umgebenden
Baugrund, z. B. Meeresboden, gedrückt bzw. gepresst. Dies steigert den Halt der Gründung [bzw. des Pfahls) in dem Baugrund [z. B. Meeresboden).
Alternativ oder zusätzlich könnte beispielsweise das untere, d.h. in den Baugrund
eindringende Ende der Gründung [bzw. des Pfahls) mit Grout nach dem Einbringen der Gründung in den Baugrund gefüllt werden, um die gleiche Wirkung eines Drückens und/oder Pressens des in den Baugrund ein dringenden Endes der Gründung an den (z. B. unmittelbar) umgebenden Baugrund zu gewährleiten. Dies kann beispielsweise ebenfalls durch einen radialen Druck bzw. eine radiale Kraft hervorgerufen werden, die durch ein derartiges Vergrouten des in den Baugrund eindringenden Endes von der Gründung [bzw. des Pfahls) erzeugbar ist.
Für den Fall, dass die Gründung als Pfahl ausgebildet ist, bzw. ein Pfahl das in den Baugrund eindringende Ende der Gründung ausbildet, weist dieser beispielsweise einen Querschnitt eines Zylinders auf. Als Beispiel sei genannt, dass dann durch eine Expansion bzw. Ausdehnung des reaktiven Materials die äußere Wandung des Pfahls an den umgebenden Baugrund (z. B. Meeresboden) nach dem Einbringen des Pfahls in den Baugrund gedrückt und/oder gepresst wird.
Die gegenständliche Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Einvibrieren von einer Gründung in einen Baugrund unter Einleitung von hochfrequenten Schwingungen, die mittels einer an der Gründung befestigten Vibrationseinrichtung erzeugt werden, wobei die Schwingungen eine Verflüssigung des Baugrunds bewirken, so dass die Gründung in den Baugrund eindringt, unter Verwendung der vorgenannten Vorrichtungen, bei dem eine Beschichtung vor dem Einbringen einer Gründung insbesondere im Bereich des unteren Endes aufgebracht ist.
Verfahrensgemäß ist vorgesehen, dass ein Aufbringen einer Beschichtung auf das in den Baugrund eindringende Ende der Gründung erfolgt, wobei die Beschichtung nach
Wassersättigung aushärtet und/oder expandiert.
Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Beschichtung während des Eindringens der Gründung in den Baugrund auf eine äußere Oberfläche der Gründung aufgebracht wird.
Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Beschichtung vor oder während des Eindringens der Gründung in den Baugründ mit Wasser getränkt wird.
Die Beschichtung kann beispielsweise ferner vor oder während des Einbringvorgangs mit z. B. zusätzlichem Wasser getränkt werden. Derartiges zusätzliches Wasser ist beispielsweise kein Grundwasser.
Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Beschichtung auf das in den Baugrund der Gründung eindringende Ende aufgebracht wird, indem eine Ummantelung an das Ende der Gründung angeordnet wird.
Zusätzlich kann beispielsweise während des Einbringvorgangs die Vibrationsfrequenz variiert werden. Ferner kann eine Masse von einem zum Einbringen verwendeten Rammgut während des
Einbringvorgangs und/oder die Masse der Vibrationseinrichtung variiert werden.
Zusätzlich kann beispielsweise während des Einbringvorgangs die Gründung (z. B. der Pfahl) zusätzlich eingeschlagen werden.
Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise während des Einbringvorgangs die Gründung (z. B. der Pfahl) in den Baugrund eingebohrt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise während des Einbringvorgangs im Inneren der Gründung (z. B. ein Pfahl) unter Wasser (idealerweise) unterhalb der im Inneren anstehenden Bodenkante Luft eingeblasen werden, z. B. in Mantelnähe. Alternativ oder zusätzlich kann zudem Luft an der äußeren Mantelfläche der Gründung eingeblasen werden. Dies vergrößert beispielsweise eine Verflüssigungszone, so dass die Gründung schneller in den Baugrund eindringen kann.
Ein Erfassen von Drücken, Eindringgeschwindigkeit und /oder Verändern der
Vibrationsfrequenz und/oder Hammerenergie und/oder Schlagfrequenz in Abhängigkeit von einem oder mehreren Messparametern kann erfolgen. Anschließend kann beispielsweise eine Auswertung dieser Parameter erfolgen, um beispielsweise die Eindringgeschwindigkeit steuern und/oder regeln zu können, z. B. über ein Einblasen von Luft.
Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Beschichtung mit reaktiven Zuschlägen versehen ist, so dass das Aushärten und/oder Expandieren der Beschichtung nach Wassersättigung verzögert wird.
Ferner können Mittel zur Erfassung von Drücken und/oder Reibung vorgesehen sein, wie z. B. modifizierter CPTs (Cone Penetration Tests), die fest (bzw. mit definierter Steifigkeit) mit einem einzubringenden Pfahl verbunden sind. Über von den Mitteln zur Erfassung von Drücken und/oder Reibung erfasste Parameter kann beispielsweise ferner die
Eindringgeschwindigkeit gesteuert und/oder geregelt werden. Weitere vorteilhafte beispielhafte Ausgestaltungen sind der folgenden detaillierten
Beschreibung einiger beispielhafter Ausführungsformen, insbesondere in Verbindung mit den Figuren, zu entnehmen. Die Figuren sollen jedoch nur dem Zwecke der Verdeutlichung, nicht aber zur Bestimmung des Schutzbereiches dienen. Die Figuren sind nicht maßstabsgetreu und sollen lediglich das allgemeine Konzept beispielhaft widerspiegeln. Insbesondere sollen Merkmale, die in den Figuren enthalten sind, keineswegs als notwendiger Bestandteil erachtet werden.
Kurze Beschreibung der Figuren
In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine Darstellung einer beispielhaften Ausgestaltung von einer gegenständlichen
Gründung, die in einen Baugrund mittels eines gegenständlichen Verfahrens einvibriert ist;
Fig. 2 eine Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung von einer
gegenständlichen Gründung, die in einen Baugrund mittels eines
gegenständlichen Verfahrens einvibriert ist; und
Fig. 3 ein Flussdiagramm einer beispielhaften Ausgestaltun eines Verfahrens zum
Einbringen von einer gegenständlichen Gründung in einen Baugrund.
Detaillierte Beschreibung einiger beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung
Der vorliegende Gegenstand wird im Folgenden anhand von beispielhaften
Ausführungsformen beschrieben.
Das gegenständliche Verfahren unterscheidet grundsätzlich nicht zwischen einer Offshore- Gründung und einer Onshore-Gründung.
Fig. 1 illustriert eine Darstellung einer beispielhaften Ausgestaltung von einer
gegenständlichen Gründung, die in einen Baugrund mittels eines gegenständlichen Verfahrens einvibriert ist.
Die Gründung ist in Fig. 1 von einem Pfahl 1 repräsentiert, der von der Gründung umfasst ist, oder der die Gründung dargestellt. Der Pfahl wird in einen Baugrund, vorliegend der Meeresboden MB eingebracht. Entsprechend ist die Gründung in Fig.1 z. B. für ein Offshore- Bauwerk, wie z. B. eine Windenergieanlage.
Das in den Meeresboden MB eindringende Ende 6 des Pfahls 1 umgebend ist eine
Verflüssigungszone 2 dargestellt. Unter Einleitung von hochfrequenten Schwingungen, die z.
B. mittels einer an der Gründung befestigten Vibrationseinrichtung 8 erzeugt werden, entsteht unmittelbar um das in den Meeresboden MB eindringende Ende 6 des Pfahls 1 eine
Verflüssigung des Meeresbodens MB. Dies wird vorliegend als Verflüssigungszone 2 bezeichnet, wobei diese schraffiert dargestellt ist. Durch eine derartige Verflüssigung kann die Gründung 1 aufgrund ihres Eigengewichts und optional einer zusätzlichen Beaufschlagung einer weiteren Masse 9 in den Meeresboden MB eindringen.
Innerhalb der Verflüssigungszone 2 wird der Meeresboden MB gelockert, indem die Struktur verursacht durch die erzeugten Schwingungen, die über den Pfahl 1 auf den Meeresboden MB übertragen werden, aufgeweicht wird.
Die als Pfahl ausgebildete Gründung ist vorliegend im Bereich des in den Meeresboden eindringenden Endes 6 mit einer Beschichtung 4 in Form einer Bentonitmatte 4 ummantelt. Diese Bentonitmatte ist derart an der Außenwand 5 der Gründung 1 angeordnet, dass diese beim Einvibrieren der Gründung 1 in den Meeresboden MB nicht in vertikaler Richtung von dem Meeresboden MB verrutschen kann.
Die Beschichtung 4 bzw. vorliegend die Bentonitmatte 4 ist derart ausgebildet, dass sie nach Wassersättigung, wobei Wasser beispielsweise durch den Kontakt mit dem Meerwasser W aufgesogen wird, nach einer definierten Zeitspanne aushärtet und/oder expandiert. Die definierte Zeitspanne räumt hinreichend Zeit ein, um den Pfahl 1 auf die Endtiefe
einzuvibrieren. Beim vollständigen Einvibrieren des Pfahls kann dieser beispielsweise gegenüber einem Einschlagen eine verminderte insbesondere laterale Belastungsgrenze aufweisen, die beispielsweise unter anderem durch das Entstehen der Verflüssigungszone 2 verursacht ist. Diese Belastungsgrenze kann gegenständlich entschieden vergrößert werden. Dies wird vor allen Dingen durch das Aushärten und/oder Expandieren der Beschichtung 4 (vorliegend der Bentonitmatte 4) hervorgerufen, die durch eine Bindung zwischen insbesondere der Außenwand 5 des Pfahls 1 und dem dieser umgebenden Baugrund
(vorliegend der Meeresboden MB) eine zusätzliche Verankerung gewährleistet. Die Beschichtung 4 erfüllt eine weitere Punktion, wonach beim Eindringen des Pfahls 1 in den Baugrund im Rahmen des Einvibrierens zwischen einem optional von der Beschichtung 4 umfassten verflüssigbaren Material und dem Meeresboden durch den Kontakt mit Wasser ein
Schmierfilm entsteht, der die Reibung zwischen dem Pfahl und dem Meeresboden MB verringert. Eine Folge ist, dass gegenständlich die Eindringgeschwindigkeit des Pfahls 1 in den Meeresboden MB erhöht wird, und somit die Installation derartiger Gründungen schneller durchgeführt werden kann.
Fig. 2 illustriert eine Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung von einer gegenständlichen Gründung, die in einen Baugrund mittels eines gegenständlichen Verfahrens einvibriert ist.
Zusätzlich zu der Ausgestaltung nach Fig. 1 umfasst die illustrierte Gründungsanordnung ferner einen Kompressors 10, der beispielsweise über einen Schlauch mit einer oder mehreren Lanzen bzw. Applizierungsmitteln 11 verbunden ist. Der Kompressor 10 befindet sich beispielsweise auf einem Installationsschiff, das in Fig. 1 nicht dargestellt ist. Die
Applizierungsmittel 11 sind an der Außenwand 5 des Pfahls 1 angeordnet. Nach dem
Einbringen des Pfahls 1 in den Meeresboden MB können die Applizierungsmitteln 11 wieder entfernt werden. Mittels der Applizierungsmitteln 11 kann beispielsweise eine
Bentonitsuspension an die Außenwand 5 des Pfahls 1 appliziert werden, z. B. während des Einvibrierens des Pfahls 1 in den Meeresboden MB. Entsprechend kann die Beschichtung 4 während des Eindringens des Pfahls 1 initial erzeugt werden, und/oder eine zusätzliche Beschichtung 4 kann während des Eindringens des Pfahls 1 in den Meeresboden MB appliziert werden.
Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm 300 einer beispielhaften Ausgestaltung eines Verfahrens zum Einbringen von einer gegenständlichen Gründung in einen Baugrund (z. B. Meeresboden).
Das Flussdiagramm 300 kann beispielsweise von einer in den Fig. 1 und 2 dargestellten Gründungsanordnung durchgeführt werden, die jeweils entsprechende Mittel zur Ausführung und/oder Steuerung von einem oder mehreren Verfahrensschritten umfassen. Dabei kann ein Mittel mehrere Verfahrensschritte ausführen und/oder steuern, und/oder mehrere Mittel können notwendig sein» um einen (einzigen) Verfahrensschritt auszuführen und/oder zu steuern.
In einem ersten Schritt 301 erfolgt zum Einbringen einer Gründung (z, B. Gründung 1 der Fig.
1 oder 2) eine Einleitung von hochfrequenten Schwingungen. Derart entsteht eine
Verflüssigungszone, die das eindringende Ende der Gründung umgibt, so dass die Gründung in den Baugrund am Installationsort eindringen kann.
In einem zweiten Schritt 302 erfolgt ein Aufbringen einer Beschichtung (z. B. Beschichtung 4 der Fig. 1 oder 2), wobei die Beschichtung auf das in den Baugrund eindringende Ende der Gründung aufgebracht wird.
Die Schritte 301 und 302 können sequentiell oder parallel durchgeführt werden.
Beispielsweise kann die Beschichtung schon während der Herstellung der Gründung und somit vor dem Einbringen der Gründung in den Baugrund, dem Einvibrieren, aufgebracht werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Schritt 302 parallel zu dem Schritt 301 ausgeführt werden, so dass die Beschichtung bzw. eine zu einer im Rahmen der Herstellung bereits auf die Gründung aufgebrachte Beschichtung während des Einvibrierens der
Gründung in den Baugrund hinein appliziert werden kann.
In einem optionalen dritten Schritt 303 erfolgt ein Variieren der Vibrationsfrequenz während des Einbringvorgangs der Gründung in den Baugrund. Ein Variieren der Vibrationsfrequenz, z. B. hervorgerufen von einer Vibrationseinrichtung 8 nach Fig. 1 bzw. 2, kann zu einem
Verkleinern oder Vergrößern einer durch den Schritt 301 hervorgerufenen
Verflüssigungszone führen.
In einem optionalen vierten Schritt 304 erfolgt ein Variieren einer (zusätzlichen) Masse (z. B. Masse 9 der Fig. 1 oder 2), die beispielsweise die wirkende Masse eines Rammguts erhöht, das die Gewichtskraft zum Eindringen der Gründung in den Baugrund erhöhen oder verringern kann. Hierdurch kann beispielsweise die Einddringgeschwindigkeit der Gründung in den Baugrund während der Installation der Gründung am vorgesehenen Ort verändert werden.
In einem optionalen fünften Schritt 305 erfolgt ein Einblasen von Luft während des
Einbringvorgangs der Gründung, das die die Verflüssigungszone mittels eines Einblasens von Luft an der Gründung verändert. Das Einblasen von Luft erfolgt beispielsweise durch Mittel zum Einblasen von Luft an der Gründung. Derartige Mittel sind in den in den Fig. lund 2 jeweils dargestellten Gründungsanordnungen nicht dargestellt Derartige Mittel zum
Einblasen von Luft können beispielsweise im Inneren der Gründung (z. B. ein Monopfahl) Luft einblasen. Derartige Mittel zum Einblasen von Luft sind beispielsweise als eine oder mehrere (Luft-) Lanzen ausgebildet. Eine oder mehrere von derartigen Lanzen können beispielsweise an der Gründung (z. B. Pfahl) selber oder über ein Trägergestell befestigt sein, um nur einige nicht-limitierende Beispiele zu nennen. Das Einblasen von Luft, beispielsweise erzeugt durch die Mittel zum Einblasen von Luft, resultiert beispielsweise in Luftblasen, die insbesondere etwa 0,5 m oberhalb der Unterkante der Gründung (z. B. oberhalb der Pfahlunterkante) im
Baugrund (z. B. Meeresboden) anzutreffen sind. Entsprechend wird beispielsweise mittels der Lanzen die Luft etwa 0,5 m oberhalb der Unterkante der Gründung (z. B. oberhalb der Pfahlunterkante) in den Baugrund (z. B. Meeresboden) appliziert. Der Luftdruck zur
Erzeugung von Luftblasen wird z. B. mit einem Kompressor erzeugt. Beispielsweise kann ein derartiger Kompressor von einem Installationsschiff umfasst sein. Derart ist es ermöglicht, im Inneren der Gründung (z. B. im Pfahlinneren) die Baugrundstruktur (z. B. Bodenstruktur) infolge aufsteigender Luftblasen derart zu entfestigen, dass ein vereinfachtes Einbringen der Gründung bzw. Eindringen der Gründung (z. B. Pfahl) in den Baugrund möglich ist. In einem sechsten Schritt 306 erfolgt ein Aushärten und/oder Expandieren der Beschichtung nach Wassersättigung. Das Aushärten und/oder Expandieren der Beschichtung erfolgt beispielsweise erst, wenn die Gründung die vorgesehene Endtiefe bzw. Endteufe erreicht hat Die Belastungsgrenze von einer gegenständlich einvibrierten Gründung kann entschieden vergrößert werden gegenüber z. B. lediglich vollständig einvibrierten Gründungen ohne gegenständliche Beschichtung, da durch das Aushärten und/oder Expandieren der
Beschichtung die Bindung zwischen insbesondere der Außenwand der Gründung und dem diese umgebenden Baugrund verstärkt wird. Dabei wird in Abhängigkeit der Größe des Bereichs, mit dem die Beschichtung das in den Baugrund eindringende Ende der Gründung umgibt nach der Art eines Fundaments die Gründung durch die Expansion bzw. das Aushärten zusätzlich verankert.
Weitere vorteilhafte beispielhafte Ausgestaltungen sind der folgenden detaillierten
Beschreibung einiger beispielhafter Ausführungsformen, insbesondere in Verbindung mit den Figuren, zu entnehmen. Die Figuren sollen jedoch nur dem Zwecke der Verdeutlichung, nicht aber zur Bestimmung des Schutzbereiches dienen. Die Figuren sind nicht maßstabsgetreu und sollen lediglich das allgemeine Konzept beispielhaft widerspiegeln. Insbesondere sollen Merkmale, die in den Figuren enthalten sind, keineswegs als notwendiger Bestandteil erachtet werden.
Die in dieser Spezifikation beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und die diesbezüglich jeweils angeführten optionalen Merkmale und Eigenschaften sollen auch in allen Kombinationen miteinander offenbart verstanden werden. Insbesondere soll auch die Beschreibung eines von einem Ausführungsbeispiel umfassten Merkmals - sofern nicht explizit gegenteilig erklärt - vorliegend nicht so verstanden werden, dass das Merkmal für die Funktion des Ausführungsbeispiels unerlässlich oder wesentlich ist. Die Abfolge der in dieser Spezifikation geschilderten Verfahrensschritte in den einzelnen Ablaufdiagrammen ist nicht zwingend, alternative Abfolgen der Verfahrensschritte sind denkbar. Die
Verfahrensschritte können auf verschiedene Art und Weise implementiert werden, so ist eine Implementierung in Software (durch Programmanweisungen), Hardware oder eine
Kombination von beide zur Implementierung der Verfahrensschritte denkbar.
In den Patentansprüchen verwendete Begriffe wie "umfassen", "aufweisen", "beinhalten", "enthalten" und dergleichen schließen weitere Elemente oder Schritte nicht aus. Unter die Formulierung„zumindest teilweise" fallen sowohl der Fall„teilweise" als auch der Fall „vollständig". Die Formulierung„und/oder" soll dahingehend verstanden werden, dass sowohl die Alternative als auch die Kombination offenbart sein soll, also„A und/oder B" bedeutet„(A) oder (B) oder (A und B)" Die Verwendung des unbestimmten Artikels schließt eine Mehrzahl nicht aus. Eine einzelne Vorrichtung kann die Funktionen mehrerer in den Patentansprüchen genannten Einheiten bzw. Vorrichtungen ausführen. In den
Patentansprüchen angegebene Bezugszeichen sind nicht als Beschränkungen der eingesetzten Mittel und Schritte anzusehen.
Bezugszeichenliste
1 Pfahl
2 Verflüssigungszone
3 Offshore-Bauwerk
4 Beschichtung
5 Außenwand des Pfahls
6 in Boden eindringendes Ende des Pfahls
7 Luftblasen
8 Vibrationseinrichtung
9 Masse
10 Kompressor
11 Applizierungsmittel
MB Meeresboden
W Wasserspiegel

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Gründung (1) zum Einvibrieren in einen Baugrund (MB) unter Einleitung von
hochfrequenten Schwingungen, die mittels einer an der Gründung (1) befestigten Vibrationseinrichtung (8) erzeugt werden, wobei die Schwingungen eine Verflüssigung des Baugrunds (MB) bewirken, so dass die Gründung (1) in den Baugrund (MB) eindringt, dadurch gekennzeichnet, dass ein in den Baugrund (MB) eindringendes Ende (6) der Gründung (1) eine Beschichtung (4) aufweist, wobei die Beschichtung (4) durch Einwirkung von Feuchtigkeit und/ oder Bewegung einen Schmierfilm bildet; und/oder
wobei die Beschichtung (4) nach Wassersättigung aushärtet und/oder expandiert.
2. Gründung (1) nach Anspruch 1, wobei die Gründung (1) ein Pfahl ist, und/oder wobei die Gründung ein Offshore- und/oder Onshore Bauwerk (3) gründet bzw. verankert,
3. Gründung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung (4) zumindest das in den Baugrund (MB) eindringende Ende (6) der Gründung (1) ummantelt und/oder zumindest auf das in den Baugrund (MB) eindringende Ende (6) appliziert ist.
4. Gründung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung (4) ein verflüssigbares Material umfasst oder aus diesem besteht.
5. Gründung (1) nach Anspruch 4, wobei beim Eindringen in den Baugrund (MB) zwischen dem verflüssigbaren Material und dem Baugrund (MB) ein Schmierfilm entsteht, so dass die Eindringgeschwindigkeit der Gründung (1) in den Baugrund (MB) mittels des verflüssigbaren Materials erhöht wird.
6. Gründung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung (4) vor oder während des Einbringvorgangs auf eine äußere Oberfläche (5) der Gründung
(1) aufbringbar ist.
7. Gründung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung [4) vor oder während des Einbringvorgangs mit Wasser tränkbar ist.
8. Gründung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung (4) eine oder mehrere Bentonitmatten und/oder Bentonitzementmatten umfasst oder aus diesen besteht.
9. Gründung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung (4) mit reaktiven Zuschlägen versehen ist, die das Aushärten und/oder Expandieren der Beschichtung (4) verzögern.
10. Gründung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das in den Baugrund (MB) eindringende Ende (6) der Gründung (1) zumindest teilweise mit einem Material verfällt ist, so dass das Ende (6) der Gründung (1) expandierbar ist, und so dass das Ende (6) der Gründung (1) durch eine Expansion des Materials an den äußeren umgebenden Baugrund (MB) gedrückt und/oder gepresst ist.
11. Verfahren zum Einvibrieren von einer Gründung (1) in einen Baugrund (MB) unter Einleitung von hochfrequenten Schwingungen, die mittels einer an der Gründung (1) befestigten Vibrationseinrichtung (8) erzeugt werden, wobei die Schwingungen eine Verflüssigung des Baugrunds (MB) bewirken, so dass die Gründung (1) in den Baugrund (MB) eindringt, umfassend:
Aufbringen einer Beschichtung (4) auf ein in den Baugrund (MB) eindringendes Ende (6) der Gründung, wobei die Beschichtung (4) durch Einwirkung von Feuchtigkeit und/oder Bewegung einen Schmierfilm bildet; und/oder wobei die Beschichtung (4) nach
Wassersättigung aushärtet und/oder expandiert,
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Beschichtung (4) auf das in den Baugrund (MB) der Gründung (1) aufgebracht wird, indem eine Ummantelung an das Ende (6) der Gründung (1) angeordnet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, wobei die Beschichtung (4) während des Eindringens der Gründung (1) in den Baugrund (MB) auf eine äußere Oberfläche (5) der Gründung (1) aufgebracht wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Beschichtung (4) vor oder während des Eindringens der Gründung (1) in den Baugrund (MB) mit Wasser getränkt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Beschichtung (4) reaktive
Zuschläge umfasst, so dass das Aushärten und/oder Expandieren der Beschichtung (4) nach Wassersättigung verzögert wird.
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