DE102021119100A1

DE102021119100A1 - Anordnung zur Gründung eines Hochbauwerks in einem wasserbedeckten Grund, insbesondere zur Monopile-Gründung einer Offshore-Windenergieanlage, und Montageverfahren hierfür

Info

Publication number: DE102021119100A1
Application number: DE102021119100.9A
Authority: DE
Inventors: Andreas Denker; Nico Genge; Ralf Hojda; Claas Bruns
Original assignee: Vallourec Deutschland GmbH
Current assignee: Vallourec Deutschland GmbH
Priority date: 2021-07-23
Filing date: 2021-07-23
Publication date: 2023-01-26
Also published as: WO2023001879A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Gründung (1) eines Hochbauwerks (8) in einem wasserbedeckten Grund, insbesondere zur Monopile-Gründung einer Offshore-Windenergieanlage, mit mindestens einer Kupplungsstruktur (3), die über mindestens ein Gründungselement (5) am Grund (4) verankerbar ist und an der eine Tragstruktur (2) zur Abstützung des Hochbauwerks (8) befestigbar ist. Um eine hohe Umweltverträglichkeit der Gründungskonstruktion (1) bei der Installation sowie einfache und kostengünstige Installation zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass die mindestens eine Kupplungsstruktur (3) innerhalb der Tragstruktur (2), innerhalb eines unteren Endes (2a) der Tragstruktur (2), angeordnet ist. Auch betrifft die Erfindung zwei alternative Verfahren zur Montage dieser Anordnung zur Gründung (1) auf einem Grund (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Gründung eines Hochbauwerks in einem wasserbedeckten Grund, insbesondere zur Monopile-Gründung einer Offshore-Windenergieanlage, mit mindestens einer Kupplungsstruktur, die über mindestens ein Gründungselement am Grund verankerbar ist und an der eine Tragstruktur zur Abstützung des Hochbauwerks befestigbar ist.
Außerdem betrifft die Erfindung zwei alternative Verfahren zur Montage einer entsprechenden Anordnung zur Gründung.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung werden unter Hochbauwerken im Wesentlichen Offshore-Anlagen verstanden, unter die Offshore-Plattformen und Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) fallen. Offshore-Plattformen umfassen auch so genannte Bohrinseln. Entsprechende Gründungen finden nicht nur in der küstennahen offenen See statt sondern sind auch in großen Binnenseen beziehungsweise Binnenmeeren denkbar. Diese Einsatzorte sind im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung als wasserbedeckter Grund definiert.
Offshore-Anlagen, insbesondere OWEA, werden üblicherweise über so genannte Gründungskonstruktionen an ihrem Bestimmungsort am Meeresboden verankert. Entsprechende allgemein bekannte Gründungskonstruktionen können im Wesentlichen in zwei Konstruktionsbereiche unterteilt werden. Der erste Konstruktionsbereich ist eine hochgradig ermüdungsbeanspruchte Tragstruktur, die am Meeresboden beginnt und ihr Ende an einer Verbindung zum Turm einer OWEA erreicht. Hierüber trägt die Tragstruktur den Turm und eine Turbine der OWEA und leitet die dadurch hervorgerufenen Lasten und Einwirkungen ab. Der zweite Konstruktionsbereich umfasst mindestens ein Gründungselement, das die durch die Tragstruktur, den Turm und die Turbine hervorgerufenen Lasten aufnimmt, diese in den Meeresboden abträgt und sich unterhalb der Tragstruktur überwiegend im Meeresboden befindet. Die gesamte OWEA besteht somit aus der Gründungskonstruktion mit dem Gründungselement und der Tragstruktur sowie dem Turm und der Turbine.
Zur Gründung einer OWEA im Meeresboden ist aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE 20 2010 010 094 U1 bekannt, als Gründungselemente rohrförmige Rammpfähle (Piles) einzusetzen, die in den Meeresboden gerammt werden. Die Rammpfähle weisen je nach Konstruktion einen Durchmesser von circa 1,5 m bis über 5 m auf. Die Anzahl der eingesetzten Rammpfähle ist abhängig von der jeweiligen Tragstruktur. Als Tragstruktur zur Aufnahme des Turms werden verschiedene Stahlkonstruktionen verwendet, insbesondere sogenannte Tripile-, Tripod-, Jacket- und Monopile-Tragstrukturen. Hierbei werden die mehrbeinig ausgebildeten Tripile-, Tripod- und Jacket-Tragstrukturen mit jedem Bein über einen Rammpfahl im Meeresboden verankert. Bei einer einbeinig ausgebildeten Monopile-Tragstruktur wird hingegen lediglich ein Stahlrohr mit seinem unteren Ende in den Meeresboden gerammt, so dass das Stahlrohr der Tragstruktur zugleich als deren Rammpfahl dient.
Je nach Konstruktion und Bodenbeschaffenheit werden die Rammpfähle bis zu 65 Meter tief in den Meeresboden gerammt. Sie erreichen ein Gewicht von circa 220 bis 700 Tonnen, je nach Bodenbeschaffenheit und Auswahl der Tragstruktur. Die für den Rammprozess eingesetzten schweren Rammhämmer verursachen erhebliche Geräusch- und Erschütterungsemissionen. Diese Emissionen werden sowohl in der Luft, als auch im Wasser freigesetzt und stellen eine erhebliche Belastung für Natur und Umwelt dar.
Aus der internationalen Patentanmeldung WO 2013/113873 A2 sind Gründungskonstruktionen mit den vorgenannten Tragstrukturen bekannt, für deren Verankerung kein Einrammen herkömmlicher Rammpfähle in den Meeresboden mehr erforderlich ist. Stattdessen werden als Gründungselemente Bohranker oder Verpresspfähle in den Meeresboden gebohrt oder einvibriert. Die somit rammungsfrei in den Meeresboden eingebrachten und verankerten Gründungselemente dienen zur Befestigung von auf den Meeresboden aufgesetzten Kupplungsstrukturen, wobei jede Kupplungsstruktur über mehrere Gründungselemente im Meeresboden verankert ist. Die jeweiligen Tragstrukturen werden mit ihren Beinen ausschließlich über eine oder mehrere Kupplungsstrukturen am Meeresboden befestigt. Hierfür weisen die Kupplungsstrukturen einen aus Stahlrohren fachwerkartig zusammengesetzten Aufbau mit polyedrischer, beispielsweise pyramidenstumpfförmiger, Form auf. Bei Tripile-, Jacket- und Monopile-Tragstrukturen ist jedes Bein mittig in eine Kupplungsstruktur hinein gestellt und hierbei rahmenartig von der außen um das Bein herum angeordneten Kupplungsstruktur umschlossen und gehalten. Die Kupplungsstrukturen bilden auf diese Weise eine Art Adapter zum Anschluss der Beine der entsprechenden Tragstruktur an die Gründungselemente.
Aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2007 020 483 A1 ist eine OWEA bekannt, deren Gründungskonstruktion eine als Monopile ausgebildete Tragstruktur umfasst, wobei der Monopile zugleich als Rammpfahl dient. Auf ein oberes Ende des Monopiles beziehungsweise Rammpfahls ist ein Turm der OWEA mit seinem unteren Ende aufgeschoben. In einem sich hieraus ergebenden Überlappungsbereich weist das untere Ende des Turms einen größeren Durchmesser auf als der Rammpfahl. Der Überlappungsbereich wird durch einen sich verjüngenden Durchmesser des Turms begrenzt. Im Überlappungsbereich ist zwischen den Turm und den Rammpfahl ein betonartiges Material eingebracht, aus der sich eine so genannte Grout-Verbindung zwischen dem Turm und dem Rammpfahl beziehungsweise der Monopile-Tragstruktur ergibt.
In der europäischen Patentanmeldung EP 1 988 219 A1 ist ebenfalls eine OWEA mit einer als Monopile ausgebildeten Tragstruktur beschrieben, die zugleich als Rammpfahl dient. Um die Verankerung des Monopiles zu verstärken, ist über diesen ein als Widerstandsplatte bezeichneter Ring gestreift. Der den Monopile umschließende Ring liegt unter Wasser am Meeresboden auf und dringt mit an seinem inneren und äußeren Rand umlaufenden Kanten in den Meeresboden ein. Zwischen dem inneren Rand und dem Rammpfahl ist Kies eingebracht.
Aus der deutschen Patentanmeldung DE 103 49 109 A1 ist eine OWEA bekannt, deren Gründungskonstruktion eine als Quadropod bezeichnete Tragstruktur mit vier schräg nach außen angestellten Beinen umfasst. Jedes Bein der Tragstruktur ist mit einem in seinem Inneren aufnehmbaren beziehungsweise führbaren Rammpfahl verbunden, der zur Verankerung im Meeresboden teleskopartig aus dem entsprechenden Bein hinausgeführt und in den Boden hinein getrieben wird. Die Gründungskonstruktion umfasst zudem ein radförmiges Anschlussstück, das zur gleichmäßigen Lastverteilung auf oberen Enden der vier Beine aufliegt und diese mit einem Turm der OWEA verbindet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Anordnung zur Gründung eines Hochbauwerks in einem wasserbedeckten Grund, insbesondere zur Monopile-Gründung einer Offshore-Windenergieanlage, und zwei alternative Montageverfahren hierfür anzugeben, die einfach und kostengünstig realisierbar sind.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung zur Gründung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie zwei alternative Montageverfahren hierfür mit den Merkmalen der Ansprüche 12 und 16 gelöst. In den Unteransprüchen 2 bis 11, 13 bis 15, 17 und 18 sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
Eine Anordnung zur Gründung eines Hochbauwerks in einem wasserbedeckten Grund, insbesondere zur Monopile-Gründung einer Offshore-Windenergieanlage, mit mindestens einer Kupplungsstruktur, die über mindestens ein Gründungselement am Grund verankerbar ist und an der eine Tragstruktur zur Abstützung des Hochbauwerks befestigbar ist, lässt sich besonders umweltverträglich und einfach dadurch errichten, dass die mindestens eine Kupplungsstruktur innerhalb der Tragstruktur, insbesondere innerhalb eines unteren Endes der Tragstruktur angeordnet ist. Hierdurch wird insbesondere ermöglicht, eine größere Wassertiefe für eine Gründung mit Monopiles zu erzielen. Die aktuell maximale Wassertiefe für Monopilegründungen liegt etwa bei 45 m, wobei der Monopile aber eine Gesamtlänge von etwa 80 m bis 120 m aufweist, da je nach Bodenbedingungen etwa mehr als 40 m davon in den Grund eingerammt werden. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung zur Gründung eines Hochbauwerks kann durch die Befestigung der Tragstruktur über das Kupplungselement auf dem Grund die volle Länge der Tragstruktur zur Gründung ausgenutzt werden.
Von der Erfindung sollen ausschließlich Gründungskonstruktionen nach einer der folgenden Arten umfasst sein: Monopile, Tripod, Quadropod, Tripile oder Jacket. Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Gründungskonstruktion für als Monopiles ausgebildete Tragstrukturen verwendet. Insbesondere auch als Schwerkraftgründungen bezeichnete massive Flächengründungen sowie schwimmende Gründungen sollen hingegen nicht umfasst sein.
Um eine besonders stabile und zugleich Material sparende Gründungskonstruktion zu erreichen, ist vorgesehen, dass die Kupplungsstruktur als Gitterstruktur, insbesondere mit einem Vierendeel-, Rahmen- oder Fachwerk-Aufbau ausgebildet ist.
Eine besonders stabile Befestigung der Tragstruktur an der Kupplungsstruktur wird dadurch erreicht, dass die Kupplungsstruktur vom Grund ausgehend eine sich nach oben hin verjüngende oder erweiternde Ausdehnung oder eine Fassform aufweist.
Das Befestigen der Kupplungsstruktur am Grund wird dadurch besonders erleichtert, dass die Kupplungsstruktur für das mindestens eine Gründungselement eine Führung ausbildet, in der das mindestens eine Gründungselement vor der Verankerung am Grund aufnehmbar ist.
In besonders geräusch- und erschütterungsarmer Weise ist vorgesehen, dass das mindestens eine Gründungselement mittels Bohren oder Einvibrieren am Grund verankerbar ist.
Durch die Verwendung einer mittels eingebohrten oder einvibrierten Gründungselementen verankerten Kupplungsstruktur kann in vorteilhafter Weise auf das unmittelbare Einrammen von Rammpfählen für die Tragstruktur, insbesondere einer als Monopile ausgebildeten Tragstruktur in Tiefen bis zu 70 m, verzichtet werden. Dies führt auch dazu, dass Monopiles oder bei mehrbeinigen Tragstrukturen deren Beine kürzer gebaut werden können oder sich für größere Wassertiefen eignen. Die kürzeren Tragstrukturen können dann entsprechend geringere Wanddicken aufweisen beziehungsweise in sich schlanker sein. Auch ist eine leichtere Bauweise der Tragstruktur realisierbar, da die Tragstruktur beziehungsweise der Monopile aufgrund der Anordnung der Kupplungsstruktur innerhalb der Tragstruktur eine Innenversteifung erfährt.
Eine konstruktiv besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Tragstruktur an der Kupplungsstruktur über ein in die Tragstruktur eingefülltes und aushärtendes Material, insbesondere eine Betonmischung, befestigbar ist. Dies macht in vorteilhafter Weise die Verwendung eines auch als transition piece bezeichneten Übergangsstücks überflüssig, über das ansonsten unvermeidbare Schiefstellungen von eingerammten Rammpfählen, insbesondere von Monopiles, ausgeglichen werden müssen. Die hierbei über eine Grout-Verbindung erfolgende Ausrichtung der gesamten Gründungskonstruktion muss somit nicht mehr über ein Übergangsstück zwischen Tragstruktur und Turm vorgenommen werden, sondern kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform in besonders vorteilhafter Weise zwischen der Kupplungsstruktur und der Tragstruktur, insbesondere deren unteren Ende, erfolgen. Da auch kein Einrammen der Tragstruktur mehr erfolgt und somit eine Beschädigung dessen oberen Endes vermieden wird, kann der Turm der OWEA auch über eine Flanschverbindung von der Tragstruktur aufgenommen und hieran befestigt werden. Anstatt eines aushärtenden Materials kann auch eine mechanische Verklemmung beispielsweise über Keil-, Bajonett- oder Bolzenverbindungen vorgesehen werden.
In konstruktiv einfacher Weise ist vorgesehen, dass von dem aushärtenden Material kontaktierte Bereiche der Tragstruktur oder der Kupplungsstruktur eine verbundstärkende, vorzugsweise geriffelte, Oberflächenstruktur aufweisen. Hierdurch wird der Stahl-BetonStahl-Verbund der Grout-Verbindung zwischen der Tragstruktur dem beispielsweise in Form einer Betonmischung vorgesehen aushärtenden Material und der Kupplungsstruktur gestärkt.
In vorteilhafter Weise lässt sich die für das Herstellen der Grout-Verbindung erforderliche Menge an aushärtendem Material dadurch verringern, dass an oder innerhalb der Kupplungsstruktur eine Blechverkleidung angeordnet ist, wobei zwischen der Blechverkleidung und einer Innenwand der Tragstruktur ein die Kupplungsstruktur einschließender Füllbereich für das aushärtende Material ausgebildet ist.
Die Stabilität der Grout-Verbindung wird in konstruktiv einfacher Weise dadurch erhöht, dass der Füllbereich ringförmig und sich vom Grund ausgehend nach oben hin erweiternd oder verjüngend ausgebildet ist.
In vorteilhafter Weise wird die Stabilität der Gründungskonstruktion beziehungsweise der Tragstruktur dadurch erhöht, dass die Tragstruktur über mindestens eine äußere Zusatzverankerung mit jeweils einem Abspannelement abgespannt ist.
Eine einfache Herstellung der Gründungskonstruktion, insbesondere eine vorteilhafte Reduktion der Teilevielfalt, wird dadurch erreicht, dass die mindestens eine Zusatzverankerung in Form einer Kupplungsstruktur ausgebildet ist und über Gründungselemente am Grund verankerbar ist.
In konstruktiv einfacher Weise ist vorgesehen, dass die Tragstruktur als Monopile ausgebildet ist.
Ein Verfahren zur Montage einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Gründung eines Hochbauwerks in einem wasserbedeckten Grund, insbesondere zur Monopile-Gründung einer Offshore-Windenergieanlage, lässt sich besonders umweltverträglich und einfach dadurch durchführen, dass in einem ersten Montageschritt über Wasser eine Kupplungsstruktur innerhalb einer Tragstruktur angeordnet und befestigt wird, in einem zweiten Montageschritt in der Kupplungsstruktur mindestens ein Gründungselement zum Verankern der Kupplungsstruktur am Grund angeordnet wird, in einem dritten Montageschritt die Tragstruktur mit der Kupplungsstruktur auf den Grund abgesenkt und die Kupplungsstruktur über das mindestens eine Gründungselement am Grund verankert wird, in einem vierten Montageschritt die Tragstruktur ausgerichtet wird und in einem fünften Montageschritt die Tragstruktur an der Kupplungsstruktur befestigt wird.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass in dem ersten Montageschritt die Kupplungsstruktur innerhalb einer Tragstruktur lösbar befestigt wird, in dem vierten Montageschritt die Kupplungsstruktur von der Tragstruktur gelöst und die Tragstruktur bezüglich der Kupplungsstruktur ausgerichtet wird.
Alternativ ist vorgesehen, dass in dem vierten Montageschritt die Kupplungsstruktur von der Tragstruktur gelöst und die Tragstruktur mit der Kupplungsstruktur über die Befestigung der Gründungselemente an dem Kupplungselement ausgerichtet wird.
Das Verfahren wird weiter dadurch verbessert, dass der zweite Montageschritt noch über Wasser oder erst nach dem Absenken und anschließendem Leerpumpen der Kupplungsstruktur am Grund erfolgt. Somit können Montagearbeiten auch noch nach dem Absenken der Kupplungsstruktur beziehungsweise der Tragstruktur auf dem Grund durchgeführt werden. Dies kann beispielsweise erforderlich sein, wenn für besonders tief in dem Grund zu verankernde Kupplungsstrukturen die hierfür benötigten Gründungselemente nicht schon vollständig in der Kupplungsstruktur vormontiert werden können und während des Verankerns, also während des Bohrens oder Einvibrierens, nachgeschoben werden müssen.
Ein alternatives Verfahren zur Montage einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Gründung auf einem wasserbedeckten Grund lässt sich besonders umweltverträglich und einfach dadurch durchführen, dass in einem ersten Montageschritt in der Kupplungsstruktur mindestens ein Gründungselement zum Verankern der Kupplungsstruktur am Grund angeordnet wird, in einem zweiten Montageschritt die auf den Grund abgesenkte Kupplungsstruktur über das mindestens eine Gründungselement am Grund verankert wird, in einem dritten Montageschritt die Tragstruktur auf den Grund abgesenkt und hierbei mit einem unteren Ende über die Kupplungsstruktur gestülpt wird, wodurch die Kupplungsstruktur innerhalb der Tragstruktur angeordnet wird, in einem vierten Montageschritt die Tragstruktur bezüglich der Kupplungsstruktur ausgerichtet wird und in einem fünften Montageschritt die Tragstruktur in die Tragstruktur an der Kupplungsstruktur befestigt wird. Dieses Verfahren ermöglicht es, die Kupplungsstruktur nahezu wetterunabhängig am Grund zu verankern und bei ausreichend guter Wetterlage die Tragstruktur in besonders einfacher Weise auf die als Führungsdorn dienende Kupplungsstruktur aufzusetzen.
Das alternative Montageverfahren lässt sich ebenfalls weiter dadurch verbessern, dass der erste Montageschritt noch über Wasser oder erst nach dem Absenken und anschließendem Leerpumpen der Kupplungsstruktur am Meeresboden erfolgt.
Besonders vorteilhaft ist, dass durch Einfüllen eines aushärtenden Materials in die Tragstruktur oder durch mechanisches Verklemmen die Tragstruktur an der Kupplungsstruktur befestigt wird.
Zudem ermöglichen beide Montageverfahren eine nahezu komplette Vormontage der Einzelkomponenten an Land, so dass aufgrund der kleineren Einzelkomponenten in vorteilhafter Weise kleinere Transportschiffe verwendet werden können.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Gesamtansicht einer OWEA mit einer Monopile-Tragstruktur,
2 eine schematische Detailansicht einer Gründung der OWEA gemäß 1,
3 eine Draufsicht von 2,
4 eine schematische Detailansicht einer ersten alternativen Gründung der OWEA nach 1 mit zusätzlichen seitlichen Abspannungen,
5 eine Draufsicht von 4.
6 eine schematische Detailansicht einer zweiten alternativen Gründung der OWEA nach 1 mit zusätzlichen seitlichen Abspannungen,
7 eine Draufsicht von 6.

In der 1 ist eine schematische Gesamtansicht eines Hochbauwerks 8 in Form einer Offshore-Windenergieanlage (OWEA) mit einer Monopile-Tragstruktur dargestellt. Die Offshore-Windenergieanlage 8 weist in üblicher Weise einen Rotor 8a auf, der an einer Gondel 8b drehbar gelagert ist, die sich oben an einem vertikalen Turm 8c abstützt. An seinem unteren Ende ist der Turm 8c auf einer Anordnung zur Gründung 1 - auch Gründungskonstruktion genannt - aufgestellt und befestigt. Derartige Gründungskonstruktionen werden im Wesentlichen in zwei Konstruktionsbereiche unterteilt, die als Tragstruktur 2 und Gründungselement 5 bezeichnet werden können. Der Turm 8c ruht auf der Tragstruktur 2, die als Monopile mit einem vertikalen und konischen Rohr ausgebildet ist, das sich nach oben verjüngt und aus dem Wasser 9 heraus ragt. Das Monopile-Rohr kann auch zylindrisch sein. Die Tragstruktur 2 ist auf einem Grund 4, der im vorliegenden Fall einer Offshore-Windenergieanlage ein mit Wasser 9 bedeckter Meeresboden ist, aufgestellt und wird über eine Kupplungsstruktur 3 auf dem Grund 4 verankert. Hierfür ist die Kupplungsstruktur 3 einerseits über ein aushärtendes Material 6 mit einer Innenwand der Tragstruktur 2 verbunden und andererseits über die Gründungselemente 5 mit dem Grund 4 verbunden. Die Kupplungsstruktur 3 weist je nach Baugröße der OWEA eine Höhe im Bereich von 25 m bis 50 m auf. Die Gründungselemente 5 ragen je nach Beschaffenheit des Grundes 4 im Bereich von 20 m bis 70 m in den Grund 4 hinein.
Die 2 zeigt eine schematische Detailansicht der Anordnung zur Gründung 1 des Hochbauwerks 8 gemäß 1. Die Anordnung zur Gründung 1 umfasst im Wesentlichen die als Monopile ausgebildete Tragstruktur 2, die Kupplungsstruktur 3 und die Gründungselemente 5. Der Monopile ist hier gegenüber der Darstellung in 1 als zylindrisches Rohr ausgebildet. Die Tragstruktur 2 überdeckt mit ihrem unteren Ende 2a in ihrem am Grund 4 befestigten Betriebszustand die Kupplungsstruktur 3 und nimmt diese auf, so dass die auf dem Grund 4 ruhende Kupplungsstruktur 3 innen in der Tragstruktur 2 und mit einem Abstand zu der Innenwand 2b der Tragstruktur 2 angeordnet ist. Die Kupplungsstruktur 3 ist mittels mehrerer Gründungselemente 5 im beziehungsweise am Grund 4 verankert. Die Gründungselemente 5 sind bevorzugt als Bohranker oder Verpresspfähle, insbesondere Bohr-Injektionsanker oder Injektionspfähle, ausgebildet. In üblicher Weise können die Bohranker eine umlaufende Wendelrippe aufweisen, um den Bohrvorgang zu unterstützen. Derartige Gründungselemente 5 werden rammungsfrei in den Grund 4 eingebracht und dort verankert. Unter „rammungsfreiem“ Einbringen beziehungsweise Verankern der Gründungselemente 5 wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden, dass diese geräusch- und erschütterungsarm mittels Bohren oder mittels Einvibrieren in den Grund 4 eingebracht werden. Dieses Bohren oder Einvibrieren kann mit Hilfe von elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Energie oder Kombinationen hiervon erfolgen. Unter Bohren wird in diesem Zusammenhang die Kombination aus Drehen des Gründungselements 5 unter gleichzeitigem Vorschub verstanden. Der Vorschub kann hierbei leicht oder stärker im Sinne eines Pressens sein. Auch ein schwellender Vorschub ist denkbar. Gegenüber einem Rammen wird der Vorschub nicht durch ein fallendes Gewicht im Sinne eines Schlagens bewirkt. Angewandt wird hierbei beispielsweise die so genannte Revolvertechnologie unter Verwendung von Pressluftschlagschraubern. Bei einem Einvibrieren findet nur ein schwellender Vorschub in hoher Frequenz ohne Drehen statt. Auch erfolgt das Rammen gegenüber dem Bohren oder Einvibrieren mit einer niedrigeren Frequenz und einer höheren Vorschubenergie. Die Tragstruktur 2 erstreckt sich ausgehend von dem Grund 4 im Wesentlichen vertikal durch das Wasser 9 nach oben und ragt aus diesem hinaus (siehe 1). Die als Monopile ausgebildete Tragstruktur 2 ist ein Stahlrohr, das einen Durchmesser von bis zu 12 m aufweisen kann.
Die Kupplungsstruktur 3 ist als fachwerkartige Gitterstruktur ausgebildet und innerhalb des unteren Endes 2a der Tragstruktur 2 angeordnet. Hierdurch dient die Kupplungsstruktur 3 als eine Art Adapter zum Anschluss der Tragstruktur 2 an die in den Grund 4 eingebrachten und dort verankerten Gründungselemente 5. Die Kupplungsstruktur 3 weist zudem ausgehend vom Grund 4 nach oben in Richtung des Turms 8c eine sich verjüngende Ausdehnung innerhalb des Stahlrohres der Tragstruktur 2 auf, wodurch der Kupplungsstruktur 3 die Funktion einer Art Führungsdorn für das von oben über die Kupplungsstruktur 3 stülpbare Stahlrohr der Tragstruktur 2 zukommt. Mit anderen Worten wird die Kupplungsstruktur 3 beim Absenken beziehungsweise Absetzen der Tragstruktur 2 auf den Grund 4 in das untere Ende 2a der Tragstruktur 2 eingefädelt und hiervon aufgenommen.
Um die am Grund 4 aufliegende Kupplungsstruktur 3 mit dem ebenfalls am Grund 4 aufliegenden unteren Ende 2a der über die Kupplungsstruktur 3 gestülpten Tragstruktur 2 fest zu verbinden, wird das untere Ende 2a der Tragstruktur 2 mit einem insbesondere auch unter Wasser aushärtenden organischen und/oder anorganischen Material 6, beispielsweise einer Betonmischung, aufgefüllt und auf diese Weise eine sogenannte Grout-Verbindung zwischen der Kupplungsstruktur 3 und der Innenwand 2b der Tragstruktur 2 hergestellt.
Die als Gitterstruktur ausgebildete Kupplungsstruktur 3 ist fachwerkartig aufgebaut. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die Gitterstruktur eine sich vom Grund 4 ausgehend nach oben hin verjüngende pyramidenstumpfförmige Kontur, deren quadratische Grundfläche 3a von einem Ring oder einer Platte begrenzt werden kann. An ihrem oberen Ende der Kupplungsstruktur 3 ist eine kreisförmige Deckelfläche 3b vorgesehen, die ebenfalls von einem Ring oder einer Platte begrenzt werden kann und von oben gesehen bezogen auf die Grundfläche 3a zentriert und innerhalb deren Umfangsbereich angeordnet ist (siehe 3). Über den Umfangsbereich der Grundfläche 3a, insbesondere in deren Ecken 3c (siehe 3) und Seitenmitten, sind rohrförmige Pfähle 3d gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet und schräg nach oben zur Deckelfläche 3b geführt. Die Pfähle 3d sind mit den Platten beziehungsweise Ringen der Grundfläche 3a beziehungsweise Deckelfläche 3b verbunden. Zudem sind die Pfähle 3d mittels umlaufender und über die Höhe der Kupplungsstruktur 3 voneinander beabstandete Horizontalverstrebungen 3e sowie über Diagonalverstrebungen 3f miteinander verbunden, die mit den Pfählen 3d zu dem fachwerkartigen Aufbau der Gitterstruktur zusammengesetzt sind.
Die Pfähle 3d, die Horizontalverstrebungen 3e sowie die Diagonalverstrebungen 3f können aus Stahl-, Beton- oder Verbundwerkstoffen bestehen und grundsätzlich einen beliebigen polygonalen, insbesondere drei- oder viereckigen, aber auch einen runden Querschnitt aufweisen. Auch ist es denkbar, dass die Pfähle 3d, die Horizontalverstrebungen 3e sowie die Diagonalverstrebungen 3f nicht rohrförmig, sondern als Profile mit einem offenen Querschnitt ausgebildet sind.
Die Kupplungsstruktur 3 ist also als so genannte Jacket-Struktur aufgebaut und somit innerhalb der Tragstruktur 2 als eine Art Innenjacket angeordnet.
Je nach Beanspruchung ist die Gitterstruktur beziehungsweise Kupplungsstruktur 3 als dreidimensionale Struktur mit kubischer, tetraederstumpfförmiger, kegelförmiger, pyramidenstumpfförmiger oder andersartiger polyedrischer Gestalt ausgebildet. Dementsprechend können sowohl die Grundfläche 3a als auch die Deckelfläche 3b kreisförmig, drei- beziehungsweise viereckig oder andersartig polygonal ausgebildet und über verschiedenste Horizontalverstrebungen 3e und Diagonalverstrebungen 3f miteinander verbunden sein. Die Gitterstruktur kann zudem außer einer Fachwerkstruktur auch eine Vierendeel- oder Rahmenstruktur aufweisen, um die Lasten optimal abtragen zu können. Wenn das Gitterstrukturelement eine eckige Grundfläche 3a aufweist, ist zumindest in jeder Ecke 3c ein sich auf dem Grund 4 abstützender Pfahl 3d angeordnet.
Sämtliche Pfähle 3d, insbesondere die in den Ecken 3c angeordneten, können hierbei als Aufnahmerohre beziehungsweise Führungsrohre für die Gründungselemente 5 zur Verankerung der Kupplungsstruktur 3 im Grund 4 dienen, so dass separate an der Kupplungsstruktur 3 angeordnete Führungen oder Aufnahmen für die Gründungselemente 5 und deren Vormontage an Land überflüssig sind. Grundsätzlich können die Gründungselemente 5 jedoch an beliebiger Stelle der Kupplungsstruktur 3 angeordnet werden. Die Verbindung zwischen den Gründungselementen 5 und der Kupplungsstruktur kann sowohl form-, kraft- oder stoffschlüssig erfolgen.
Die von dem aushärtenden Material 6 eingeschlossenen Oberflächen der Kupplungsstruktur 3, insbesondere der Pfähle 3d, Horizontalverstrebungen 3e und Diagonalverstrebungen 3f, werden zudem zur besseren Verankerung mit dem aushärtenden Material 6 - ähnlich wie bei einem Bewehrungsstahl - mit einer Oberflächenstruktur wie beispielsweise einer Riffelstruktur versehen. Auch die Oberflächen der Innenwand 2b des Monopiles beziehungsweise der Tragstruktur 2 erhalten eine entsprechende Struktur, beispielsweise durch Schweißbolzen oder eine gewalzte Riffelstruktur, damit ein Abgleiten oder Verschieben der Tragstruktur 2 gegenüber der Kupplungsstruktur 3 verhindert wird. Die Riffelstruktur erzeugt eine Art Verzahnung mit dem aushärtenden Material 6, wodurch der Stahl-Material-Stahl-Verbund der Grout-Verbindung zwischen der Tragstruktur 2, dem aushärtenden Material 6 und der Kupplungsstruktur 3 gestärkt wird.
Des Weiteren ist es auch möglich, einen von der Kupplungsstruktur 3 eingeschlossenen Innenraum 3g mit einer Blechverkleidung 3h zu versehen, um die für das Herstellen der Grout-Verbindung erforderliche Menge des aushärtenden Materials 6 zu verringern. Hierbei wird die Blechverkleidung 3h an dem Innenraum 3g zugewandten Seiten der Pfähle 3d, Horizontalverstrebungen 3e und Diagonalverstrebungen 3f angeordnet. Somit ergibt sich zwischen der Blechverkleidung 3h und der Innenwand 2b der Tragstruktur 2 ein Füllbereich 2c, der im Schnitt der Seitenansicht von 2 gesehen keilförmig und sich nach oben hin erweiternd ausgebildet ist. Der Füllbereich 2c schließt somit die Gitterstruktur der Kupplungsstruktur 3 ein und den Innenraum 3g aus, so dass die Gitterstruktur von dem aushärtenden Material 6 in der gesamten Höhe umflossen werden kann ohne hierfür den Innenraum 3g mit dem aushärtenden Material 6 füllen zu müssen. Alternativ kann auch vorgesehen werden, die Tragstruktur 2 und die Kupplungsstruktur 3 mechanisch miteinander zu verklemmen.
Auch ist es möglich an der Tragstruktur 2, insbesondere an deren unterem Ende 2a, eine Dichtung vorzusehen, so dass zumindest der Innenraum 3g der Kupplungsstruktur 3 oder auch die gesamte Tragstruktur 2 unter Wasser ausgepumpt und trocken gelegt werden und als wasserfreier Tunnel für Montagearbeiten betreten werden können. Die Tragstruktur 2 oder die Kupplungsstruktur 3 beziehungsweise deren Innenraum 3g können folglich wasserdicht ausgebildet sein. Auf diese Weise können die Gründungselemente 5 auch erst nach dem Aufsetzen von Tragstruktur 2 und darin angeordneter Kupplungsstruktur 3 auf dem Grund 4 unterhalb des Wasserspiegels W (siehe 1) im Trockenen montiert und anschließend die Verankerung durch Einbohren der Gründungselemente 5 in den Grund 4 vorgenommen werden.
Wie 2 zu entnehmen ist, umfasst die Anordnung zur Gründung 1 vorzugsweise einen zentriert als Mittelanker angeordnetes Gründungselement 5 sowie im Umfangsbereich der Kupplungsstruktur 3 angeordnete weitere Gründungselemente 5. Bevorzugt ist das zentrale Gründungselement 5 als sogenannter Pfahlwurzelbohranker, die Gründungselemente 5 im Umfangsbereich als sogenannte Drill Anchor Tubes oder Drall Anchor Tubes ausgebildet. Während das zentrale Gründungselement 5 auch nach dem Bohrvorgang vertikal verläuft, werden die biegsamen Gründungselemente 5 im Umfangsbereich vertikal in den Grund 4 hineingebohrt und hierbei wie beim so genannten Schiefergas-Bohren (Shale Gas Drilling) nach außen gelenkt. Die entstehende Krümmung der Drill Anchor Tubes erhöht in vorteilhafter Weise die „Wurzelwirkung“ und somit den Halt der Gründungselemente 5. Zusätzlich denkbar ist es - wie beim Fracking - um die Gründungselemente 5 herum Risse zu erzeugen und diese mit Betonmilch unter Druck auszufüllen, wodurch eine Art Mikro- oder Haarwurzeln entstehen, die den Halt der Gründung weiter erhöhen. Grundsätzlich können jedoch sämtliche Gründungselemente 5 in vertikaler oder geneigter Ausrichtung bezüglich des Grundes 4 in den Grund 4 oder auf eine gedachte horizontale Ebene im Bereich des Grundes 4 eingebracht und verankert werden.
Die 3 zeigt eine Draufsicht der Anordnung zur Gründung 1 nach 2 im Schnitt durch die Tragstruktur 2. Dargestellt ist insbesondere eine im Idealfall zentrierte Anordnung der Kupplungsstruktur 3 in der Tragstruktur 2 sowie deren Grundfläche 3a und deren Deckelfläche 3b innerhalb des unteren Endes 2a der Tragstruktur 2. Auch ist der fachwerkartige Aufbau der Kupplungsstruktur 3 zu erkennen, insbesondere die quadratische Ausbildung der Grundfläche 3a sowie die kreisförmige Ausbildung der Deckelfläche 3b. Zudem ist schematisch die Anordnung der Pfähle 3d dargestellt, die ausgehend vom Umfangsbereich der Grundfläche 3a, insbesondere auch von deren Ecken 3c, schräg nach oben hin zur Deckelfläche 3b geführt sind und so eine sich ausgehend vom Grund 4 nach oben hin verjüngende Außenkontur der Kupplungsstruktur 3 bilden. Darüber hinaus ist das in die Tragstruktur 2 gefüllte aushärtende Material 6 gezeigt, die in dem ringförmig ausgebildeten Füllbereich 2c zwischen der Innenwand 2b der Tragstruktur 2 und der Blechverkleidung 3h der Kupplungsstruktur 3 vergossen ist. Dementsprechend ist der Innenraum 3g der Kupplungsstruktur 3 frei von dem aushärtenden Material 6 und beispielsweise über die Deckelfläche 3b für Montagearbeiten betretbar.
In 4 ist eine schematische Detailansicht einer ersten alternativen Anordnung zur Gründung 1 dargestellt, die mit einer als Monopile ausgebildeten Tragstruktur 2 über Zusatzverankerungen 7 mit jeweils einem als Stahlseil, Stahlrohr oder Stahlstange oder Kombinationen hiervon ausgebildeten Abspannelement 7a abgespannt ist, um größere Querkräfte aufnehmen zu können. Die Abspannelemente 7a sind hierbei jeweils zwischen der Tragstruktur 2 und der zugehörigen Zusatzverankerung 7 gespannt. Für den Spannvorgang können übliche Verstellglieder verwendet werden.
Außerdem ist in dieser alternativen Ausführung die Kupplungsstruktur 3 ausgehend von der Grundfläche 3a zur Deckelfläche 3b konisch erweiternd ausgebildet. Dies ist vorteilhaft, da das aushärtende Material 6 überwiegend auf Druck beansprucht wird und die Kupplungsstruktur 3 auf Zug. Alternativ kann die Kupplungsstruktur 3 auch zylindrisch, tonnenförmig, rotationshyperboloidförmig oder rhombenkörperförmig sein.
Wie in 5 - einer Draufsicht der Anordnung zur Gründung 1 nach 4 im Schnitt durch die Tragstruktur 2 - gezeigt ist, können beispielsweise drei Zusatzverankerungen 7 gleichmäßig voneinander beabstandet um die Anordnung zur Gründung 1 beziehungsweise die Tragstruktur 2 herum angeordnet und am Grund 4 verankert sein.
Hierbei kann die örtliche Anordnung der Zusatzverankerungen 7 zueinander und um die Tragstruktur 2 herum je nach auftretender Lastverteilung unterschiedlich vorgenommen und auch deren Anzahl variiert werden. Die Zusatzverankerungen 7 sind wie die zuvor beschriebenen Kupplungsstrukturen 3 ausgebildet und entsprechend über Gründungselemente 5 im Grund 4 verankert.
Es ist weiterhin denkbar zur Schwingungsdämpfung innerhalb der Tragstruktur 2, vorliegend also innerhalb des Stahlrohres des Monopiles, ein Abspann- beziehungsweise Zugseil vorzusehen, um eine verbesserte Schwingungsdämpfung zu realisieren. Hierbei wird das Abspannseil innerhalb der Tragstruktur 2 zwischen dem unteren Ende 2a der Tragstruktur 2 und einem oberen Ende des Turms 8c oder einer darauf angeordneten Gondel 8b der OWEA gespannt. Am unteren Ende 2a kann das Abspannseil an der Kupplungsstruktur 3 oder einem beispielsweise als Mittelanker ausgebildeten Gründungselement 5 befestigt werden.
Die 6 zeigt eine schematische Detailansicht einer zweiten alternativen Anordnung zur Gründung 1 der OWEA nach 1 mit einer lösbaren mechanischen Verbindung zwischen der Tragstruktur 2 und der Kupplungsstruktur 3, um die Tragstruktur 2 gemeinsam mit der Kupplungsstruktur 3 auf dem Grund 4 absetzen zu können. Die lösbare mechanische Verbindung ist als Klemmverbindung nach Art eines Druckknopfs ausgebildet und weist hierfür an dem unteren Ende 2a der Tragstruktur 2 außen einen umlaufenden Ring 2d und eine Vielzahl vorzugsweise vier gleich über den Umfang der Grundfläche 3a der Kupplungsstruktur 3 verteilte Rastelemente 10 auf. Die Rastelemente 10 sind in üblicher Weise stegartig und nach außen federnd ausgebildet, sind mit ihrer Längserstreckung in Längsrichtung der Tragstruktur 2 ausgerichtet und weisen einen nach innen gerichteten doppelt keilförmigen Vorsprung 10a auf, um den Ring 2d in der eingerasteten Stellung zu halten sowie durch das Zusammenspiel der keilförmigen Vorsprünge 10a und der federnden Stege 10b beim Zusammenführen und beim Lösen der Tragstruktur 2 und der Kupplungsstruktur 3 entsprechend nachzugeben.
In der 7 ist eine Draufsicht von 6 gezeigt, aus der die gleichmäßige Verteilung der vier Rastelemente 10 über den Umfang der Grundfläche 3a der Kupplungsstruktur 3 ersichtlich ist. Auch ist zwischen den Rastelementen 10 ein umlaufender Aufnahmering 11 zu erkennen, der an der Grundfläche 3a der Kupplungsstruktur 3 angeordnet ist und den Ring 2d der Tragstruktur 2 aufnimmt. Von dem Aufnahmering 11 erstrecken sich die Rastelemente 10 nach oben.
Die zuvor beschriebene Gründungskonstruktion 1 lässt sich auf zwei besonders vorteilhafte Weisen montieren.
In einer ersten Variante werden die Tragstruktur 2 - beispielsweise ein Monopile - mit ihrem unteren Ende 2a und die als Gitterstruktur ausgebildete Kupplungsstruktur 3 derart ineinander geschoben, dass die Kupplungsstruktur 3 mit ihrem zuvor beschriebenen fachwerkartigen Aufbau nach Art eines so genannten Innenjackets innerhalb des unteren Endes 2a der Tragstruktur 2 angeordnet ist. Vorzugsweise wird hierfür die Tragstruktur 2 auf beziehungsweise über die auf dem Boden aufgesetzte Kupplungsstruktur 3 abgesenkt. Die Kupplungsstruktur 3 beziehungsweise die dafür vorgesehenen Pfähle 3d bilden Aufnahmen beziehungsweise Führungen für die Gründungselemente 5 aus und werden vor oder nach dem Aufstellen der Tragstruktur 2 hiermit bestückt. Anschließend wird zwischen der Kupplungsstruktur 3 und der Tragstruktur 2 beispielsweise mittels einer lösbaren mechanischen Verbindung wie beispielsweise über eine Verschraubung oder eine Keil-, Klemm-, Bajonett- oder Bolzenverbindung eine für das Verschiffen geeignete Verbindung hergestellt und an den Bestimmungsort verbracht. Dort wird die Tragstruktur 2 mit der Kupplungsstruktur 3 auf den Grund 4 aufgesetzt und die Kupplungsstruktur 3 über die Gründungselemente 5 im beziehungsweise am Grund 4 verankert. Anschließend wird die Verbindung zwischen der Kupplungsstruktur 3 und der Tragstruktur 2 gelöst, um die Tragstruktur 2 ausrichten zu können. In einem letzten Schritt wird durch Einfüllen der Betonmischung 6 in das Innere der Tragstruktur 2 die Kupplungsstruktur 3 mit der Tragstruktur 2 durch die entstehende Grout-Verbindung in der wunschgemäßen Ausrichtung fixiert. Sofern die Kupplungsstruktur 3 mit einer Blechverkleidung 3h versehen ist, wird das aushärtende Material 6 dementsprechend in den zwischen der Innenwand 2b der Tragstruktur 2 und der Blechverkleidung 3h ausgebildeten Füllbereich 2c gefüllt, so dass die darin liegende Gitterstruktur der Kupplungsstruktur 3 von dem aushärtenden Material 6 umflossen wird.
Das Anordnen der Gründungselemente 5 in der Kupplungsstruktur 3 beziehungsweise deren Pfählen 3d kann über Wasser an Land oder noch an Bord eines Transportschiffes erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, die Tragstruktur 2 oder zumindest den Innenraum 3g der Kupplungsstruktur 3 nach dem Absenken auf den Meeresboden 4 abzudichten und darin befindliches Wasser abzupumpen, so dass darin eine Art wasserfreier Tunnel gebildet wird. Erst anschließend wird dann die Kupplungsstruktur 3, insbesondere die beispielsweise von den Pfählen 3d ausgebildeten Führungen beziehungsweise Aufnahmen, am Grund 4 vom trocken gelegten Innenraum 3g aus mit den Gründungselementen 5 bestückt und anschließend die Verankerung der Kupplungsstruktur 3 vorgenommen. Hierbei können die üblicherweise modular aufgebauten und während des Bohrvorgangs zusammengesetzten Elemente eines als Bohranker oder Verpresspfahl ausgebildeten Gründungselements 5 bereits vorab, beispielsweise an Bord eines Transportschiffes, verschweißt und in der gewünschten Länge zur Kupplungsstruktur 3 verbracht werden. Ebenso ist es möglich, als Gründungselemente 5 vorkonfektionierte Bohrstangen zu verwenden, die für ein Ausspritzen des entsprechend verwendeten aushärtenden Materials 6 in die Umgebung des Bohrpfades perforiert sein können. Auch die Verwendung von Bohrankern mit aufgewalzter Schnecke, Schweißraupen oder Riefen ist denkbar. Ebenso können die vorgenannten Gründungselemente 5 in Kombination eingesetzt werden.
In einer zweiten Variante wird zunächst die Kupplungsstruktur 3 mit Gründungselementen 5 bestückt, wobei diese insbesondere in deren als Aufnahme beziehungsweise Führung dienenden Pfähle 3d angeordnet werden. Anschließend wird die Kupplungsstruktur 3 auf den Grund 4 abgelassen und dort wie zuvor beschrieben über die Gründungselemente 5 verankert. Grundsätzlich ist es auch möglich, eine beispielsweise mittels der Blechverkleidung 3h versehene Kupplungsstruktur 3 abzudichten und am Grund 4 leerzupumpen, um erst dort die Gründungselemente 5 in den entsprechenden Aufnahmen beziehungsweise Führungen der Kupplungsstruktur 3 anzuordnen. Das Absenken und die anschließende Verankerung der Kupplungsstruktur 3 am Grund 4 sind weitgehend wetterunabhängig möglich. Bei ausreichend guten Wetterbedingungen kann anschließend die Tragstruktur 2 verschifft und abgesenkt werden. Hierbei dient die Kupplungsstruktur 3 als eine Art Führungsdorn und erleichtert somit das Aufschieben des unteren Endes 2a der Tragstruktur 2 auf beziehungsweise über die Kupplungsstruktur 3. Die vom Grund 4 sich nach oben in Richtung des Wasserspiegels W erstreckende Kupplungsstruktur 3 wird also in das untere Ende 2a der Tragstruktur 2 eingefädelt beziehungsweise eingeführt. In einem letzten Schritt wird die auf den Grund 4 aufgesetzte Tragstruktur 2 ausgerichtet und zum Herstellen der Grout-Verbindung mit der Kupplungsstruktur 3 die Betonmischung 6 in die Tragstruktur 2 beziehungsweise den Füllbereich 2c eingefüllt.
Nach dem Installieren der Gründungskonstruktion 1, insbesondere nach dem Herstellen der Grout-Verbindung zwischen der Kupplungsstruktur 3 und der Tragstruktur 2, können die in den 4 und 5 dargestellten und am Grund 4 verankerten Zusatzverankerungen 7 über die Abspannelemente 7a mit der Tragstruktur 2 verbunden werden.
Das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel bildet die Tragstruktur 2 bevorzugt als Monopile aus. Grundsätzlich ist es möglich, andere Tragstrukturen 2 wie beispielsweise Tripods, Quadropods, Tripiles oder Jackets, sofern diese rohrförmige und dem Grund 4 gegenüber offene Beine oder Stützen aufweisen, in entsprechender Weise über die erfindungsgemäße Kupplungsstruktur 3 an dem Grund 4 zu befestigen. Auch ist es möglich, dass entsprechende Anordnungen 1 zur Gründung nicht nur in der küstennahen offenen See, sondern auch in großen Binnenseen beziehungsweise Binnenmeeren Anwendung finden. Grundsätzlich ist es auch möglich, die Gründungselemente 5 in den Grund 4 zu rammen.
Bezugszeichenliste

1: Anordnung zur Gründung
2: Tragstruktur
2a: unteres Ende
2b: Innenwand
2c: Füllbereich
2d: Ring
3: Kupplungsstruktur
3a: Grundfläche
3b: Deckelfläche
3c: Ecke
3d: Pfahl
3e: Horizontalverstrebung
3f: Diagonalverstrebung
3g: Innenraum
3h: Blechverkleidung
4: Grund
5: Gründungselement
6: aushärtendes Material
7: Zusatzverankerung
7a: Abspannelement
8: Hochbauwerk
8a: Rotor
8b: Gondel
8c: Turm
9: Wasser
10: Rastelemente
10a: Vorsprung
10b: Steg
11: Aufnahmering
W: Wasserspiegel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202010010094 U1 [0005]
WO 2013113873 A2 [0007]
DE 102007020483 A1 [0008]
EP 1988219 A1 [0009]
DE 10349109 A1 [0010]

Claims

Anordnung zur Gründung (1) eines Hochbauwerks (8) in einem wasserbedeckten Grund, insbesondere zur Monopile-Gründung einer Offshore-Windenergieanlage, mit mindestens einer Kupplungsstruktur (3), die über mindestens ein Gründungselement (5) am Grund (4) verankerbar ist und an der eine Tragstruktur (2) zur Abstützung des Hochbauwerks (8) befestigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kupplungsstruktur (3) innerhalb der Tragstruktur (2), insbesondere innerhalb eines unteren Endes (2a) der Tragstruktur (2), angeordnet ist.
Anordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsstruktur (3) als Gitterstruktur, insbesondere mit einem Vierendeel-, Rahmen- oder Fachwerk-Aufbau, ausgebildet ist.
Anordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsstruktur (3) vom Grund (4) ausgehend eine sich nach oben hin verjüngende oder erweiternde Ausdehnung aufweist oder eine Fassform aufweist.
Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsstruktur (3) für das mindestens eine Gründungselement (5) eine Führung ausbildet, in der das mindestens eine Gründungselement (5) vor der Verankerung am Grund (4) aufnehmbar ist.
Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Gründungselement (5) mittels Bohren oder Einvibrieren am Grund (4) verankerbar ist.
Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (2) an der Kupplungsstruktur (3) über ein in die Tragstruktur (2) eingefülltes und aushärtendes Material (6), insbesondere eine Betonmischung, oder eine mechanische Verklemmung befestigbar ist.
Anordnung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass von dem aushärtenden Material (6) kontaktierte Bereiche der Tragstruktur (2) oder der Kupplungsstruktur (3) eine verbundstärkende, vorzugsweise geriffelte, Oberflächenstruktur aufweisen.
Anordnung (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass an oder innerhalb der Kupplungsstruktur (3) eine Blechverkleidung (3h) angeordnet ist, wobei zwischen der Blechverkleidung (3h) und einer Innenwand (2b) der Tragstruktur (2) ein die Kupplungsstruktur (3) einschließender Füllbereich (2c) für das aushärtende Material (6) ausgebildet ist.
Anordnung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllbereich (2c) ringförmig und sich vom Grund (4) ausgehend nach oben hin erweiternd oder verjüngend ausgebildet ist.
Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (2) über mindestens eine äußere Zusatzverankerung (7) mit jeweils einem Abspannelement (7a) abgespannt ist.
Anordnung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Zusatzverankerung (7) in Form einer Kupplungsstruktur (3) ausgebildet ist und über Gründungselemente (5) am Grund (4) verankert ist.
Verfahren zur Montage einer Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auf einem wasserbedeckten Grund (4), dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Montageschritt über Wasser eine Kupplungsstruktur (3) innerhalb einer Tragstruktur (2) angeordnet und befestigt wird, in einem zweiten Montageschritt in der Kupplungsstruktur (3) mindestens ein Gründungselement (5) zum Verankern der Kupplungsstruktur (3) am Grund (4) angeordnet wird, in einem dritten Montageschritt die Tragstruktur (2) mit der Kupplungsstruktur (3) auf den Grund (4) abgesenkt und die Kupplungsstruktur (3) über das mindestens eine Gründungselement (5) am Grund (4) verankert wird, in einem vierten Montageschritt die Tragstruktur (2) ausgerichtet wird und in einem fünften Montageschritt die Tragstruktur (2) an der Kupplungsstruktur (3) befestigt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Montageschritt die Kupplungsstruktur (3) innerhalb einer Tragstruktur (2) lösbar befestigt wird, in dem vierten Montageschritt die Kupplungsstruktur (3) von der Tragstruktur (2) gelöst und die Tragstruktur (2) bezüglich der Kupplungsstruktur (3) ausgerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in dem vierten Montageschritt die Kupplungsstruktur (3) von der Tragstruktur (2) gelöst und die Tragstruktur (2) mit der Kupplungsstruktur (3) über die Befestigung der Gründungselemente (5) an der Kupplungsstruktur (3) ausgerichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Montageschritt über Wasser oder erst nach dem Absenken und anschließendem Leerpumpen der Kupplungsstruktur (3) am Grund (4) erfolgt.
Verfahren zur Montage einer Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auf einem wasserbedeckten Grund (4), dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Montageschritt in der Kupplungsstruktur (3) mindestens ein Gründungselement (5) zum Verankern der Kupplungsstruktur (3) am Grund (4) angeordnet wird, in einem zweiten Montageschritt die auf den Grund (4) abgesenkte Kupplungsstruktur (3) über das mindestens eine Gründungselement (5) am Grund (4) verankert wird, in einem dritten Montageschritt die Tragstruktur (2) auf den Grund (4) abgesenkt und hierbei mit einem unteren Ende (2a) über die Kupplungsstruktur (3) gestülpt wird, wodurch die Kupplungsstruktur (3) innerhalb der Tragstruktur (2) angeordnet wird, in einem vierten Montageschritt die Tragstruktur (2) bezüglich der Kupplungsstruktur (3) ausgerichtet wird und in einem fünften Montageschritt die Tragstruktur (2) an der Kupplungsstruktur (3) befestigt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Montageschritt über Wasser oder erst nach dem Absenken und anschließendem Leerpumpen der Kupplungsstruktur (3) am Grund (4) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass durch Einfüllen eines aushärtenden Materials (6) in die Tragstruktur (2) oder durch mechanisches Verklemmen die Tragstruktur (2) an der Kupplungsstruktur (3) befestigt wird.