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WO2021094339A1 - Gründungsstruktur für eine offshore-vorrichtung - Google Patents

Gründungsstruktur für eine offshore-vorrichtung Download PDF

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Publication number
WO2021094339A1
WO2021094339A1 PCT/EP2020/081691 EP2020081691W WO2021094339A1 WO 2021094339 A1 WO2021094339 A1 WO 2021094339A1 EP 2020081691 W EP2020081691 W EP 2020081691W WO 2021094339 A1 WO2021094339 A1 WO 2021094339A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
anchor
tower
area
foundation structure
cross
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/081691
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Bartminn
Claus Linnemann
Maria Carmen CORONEL URIONA
Original Assignee
Rwe Renewables Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rwe Renewables Gmbh filed Critical Rwe Renewables Gmbh
Publication of WO2021094339A1 publication Critical patent/WO2021094339A1/de

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Classifications

    • 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
    • E02D27/00—Foundations as substructures
    • E02D27/32—Foundations for special purposes
    • E02D27/52—Submerged foundations, i.e. submerged in open water
    • 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
    • E02D27/52—Submerged foundations, i.e. submerged in open water
    • E02D27/525—Submerged foundations, i.e. submerged in open water using elements penetrating the underwater ground
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F03D13/22—Foundations specially adapted for wind motors

Definitions

  • the application relates to a foundation structure, in particular for an offshore device, particularly preferably an offshore wind energy device, comprising a tower section extending above a (water) ground in an installation state of the foundation structure and a tower section adjoining the tower section and in the installation state in the ground extending Ankerab cut.
  • the application relates to methods for producing a foundation structure.
  • offshore wind farms with a large number of offshore wind energy devices are installed to generate electrical energy or to provide electrical energy from so-called renewable energy sources.
  • Offshore locations are usually characterized by relatively continuous wind conditions and high average wind speeds, so that so-called offshore wind farms are increasingly being built.
  • an offshore wind park has a large number of offshore wind energy devices, such as a large number of offshore wind turbines, measuring masts and / or at least one offshore substation, via which the offshore wind park electrically, for example, with an onshore substation or another Offshore substation or offshore converter station can be connected.
  • An onshore substation in turn, can be connected to a public power grid.
  • An offshore wind turbine is set up to convert the kinetic wind energy into electrical energy.
  • energy cables are laid in the form of submarine cables.
  • offshore wind farms but also in the case of other offshore devices, it is common practice to place offshore devices on or off with a foundation structure (e.g. monopile, tripod, tripile or jacket foundations). to anchor directly in the seabed, in particular a seabed.
  • a foundation structure e.g. monopile, tripod, tripile or jacket foundations.
  • a foundation structure comprises in particular a tower section and an anchor section (in particular per pile of a foundation structure).
  • the tower section extends (essentially) upwards from the bottom of the water and is in particular at least partially formed by a tower (and / or tower element of a tower).
  • an offshore device such as a platform, a gondola, etc. can be arranged.
  • Tower and offshore device can in particular form the offshore device.
  • the anchor section adjoins the other end of the tower section.
  • the anchor section extends downward from the bottom (surface) of the water.
  • the anchor section can be at least partially formed by an anchor pile, the (horizontal) cross-sectional area of which remains constant along the entire anchor section. In other words, from the bottom of the water, the pile diameter is kept constant according to the state of the art.
  • the application is therefore based on the object of providing a foundation structure, in particular for an offshore device, particularly preferably an offshore Wind energy device to provide which can be manufactured with less use of material and in particular more cost-effectively.
  • the object is achieved according to a first aspect of the application by a foundation structure, in particular for an offshore device, particularly preferably an offshore wind energy device, according to claim 1.
  • the foundation structure comprises a tower section extending above a ground when the foundation structure is installed.
  • the foundation structure comprises an anchor section adjoining the tower section and extending in the ground in the installed state.
  • the anchor section has a connection area which adjoins the tower section.
  • the anchor section has an anchoring area which adjoins the connection area.
  • a cross-sectional area of the anchoring area is smaller than a cross-sectional area of the connection area.
  • a foundation structure for an onshore device such as an onshore Wind energy device
  • offshore device in particular an offshore wind energy device
  • the wall thicknesses of the hollow piles must have certain minimum wall thicknesses for reasons of buckling stability.
  • a Foundation structure reduces the amount of steel without reducing the buckling stability of the foundation structure.
  • the foundation structure is preferably suitable for an offshore device.
  • the foundation structure according to the application can also be used in an onshore device, such as an onshore wind energy device.
  • the application is explained below essentially using an offshore device (and a body of water).
  • the explanations can be applied to an onshore device (and a floor).
  • An offshore device or an offshore structure is preferably an offshore wind energy device, such as an offshore wind turbine, an offshore measuring mast or an offshore substation.
  • an offshore device can be a drilling or production platform.
  • An offshore device can comprise an offshore device which can be fastened by a foundation structure in the water floor, in particular a sea floor.
  • An offshore device can in particular be formed by the offshore device (e.g. a platform, a gondola, etc.) and the foundation structure.
  • a foundation structure that is frequently used is a so-called monopile, but also a tripod, tripile, etc.
  • a foundation structure comprises (precisely) two sections, one section, namely the tower section (in particular, the tower section) being in an installed state of the foundation structure, i.e. when the foundation structure is installed at the installation location in the water floor (or in the ground in the case of an onshore device) in the form of a tubular body), above the bottom of the water (or bottom) and a section, namely the anchor section, is arranged in the bottom of the water (or bottom).
  • a tower can essentially form the tower section, the tower being held in the bottom of the water, in particular a seabed, by the anchor section.
  • the anchor section comprises two areas.
  • a first area is a connecting area that directly adjoins the tower section.
  • connection area can in particular be defined in that the (horizontal) cross-sectional area (in particular a diameter) remains constant over the entire length (corresponds to the extent in a vertical direction in the installation state) and the connection area is in particular directly connected to the tower section.
  • the (horizontal) cross-sectional area of the connecting area preferably corresponds to the (horizontal) cross-sectional area of the tower section at the level of the water floor.
  • a second area (directly) adjoins the connection area, namely the anchoring area.
  • the anchoring area has a (horizontal) (total) cross-sectional area which is smaller than the (horizontal) cross-sectional area of the connecting area.
  • a cross-sectional area of the anchor section at a depth at a distance from the water bed surface must be smaller in comparison to the cross-sectional area of the anchor section at the level of the water bed surface.
  • a cross-sectional area means in particular the horizontal area enclosed by the outer circumferential edge or outer wall of a circumferential wall (and in particular not the area enclosed by the inner circumferential edge or inner wall of a circumferential wall).
  • the thickness of the wall does not matter.
  • the (horizontal) cross-sectional area (in particular a diameter) of the anchoring area can remain constant over the entire length of the anchoring area (corresponds to the extension in a vertical direction in the installed state).
  • the (horizontal) cross-sectional area (in particular a diameter) over the entire length of the anchoring area (corresponds to the extension in a vertical direction in the installation state) can be in steps (two or more steps) be reduced (looking in a vertical direction away from the (water) soil surface, i.e. with increasing embedment depth).
  • the anchoring area can be formed by (precisely) an anchor post (in the case of a monopile), which in particular is located with its predominantly vertical extension in the ground.
  • the tower section and the connecting area can be formed by a tower (or one or more connected tower elements). This means in particular that the outer wall of the connection area can be formed by the tower or its circumferential wall.
  • a cross-sectional area of the anchor pile (which corresponds to the above-mentioned cross-sectional area of the anchoring area) can be smaller than a cross-sectional area of the tower (which corresponds to the above-mentioned cross-sectional area of the connection area) in the connection area.
  • the diameter of the anchor pile can be smaller than the diameter of the tower in the area of the connection area.
  • the diameter means in particular the distance between opposite outer walls of the tower or a pile (not the inner walls).
  • the tower diameter in the connection area can be constant over the entire length of the connection area and / or the anchor pile diameter can be constant over the entire length of the anchor pile, the anchor pile diameter being smaller than the tower diameter.
  • the anchoring area can be formed by a plurality of parallel anchor piles (in the case of a monopile). At least three anchor piles, for example five anchor piles, can preferably be provided.
  • the tower section and the connecting area can be formed by a tower.
  • a total cross-sectional area of the plurality of anchor piles (which corresponds to the above-mentioned cross-sectional area of the anchoring region) can be smaller than a cross-sectional area of the Tower (which corresponds to the above-mentioned cross-sectional area of the connection area) in the connection area.
  • the total cross-sectional area results from the sum of the individual cross-sectional areas.
  • a plurality of anchor piles can have a higher rotational stiffness than a single tubular pile due to a non-circular shape.
  • At least two of the plurality of anchor piles running in parallel can in particular be in direct contact with one another.
  • the overall consumption of material can be reduced and the stability can be improved at the same time.
  • the at least two anchor piles are arranged at a distance from one another.
  • the anchor piles protrude at least partially beyond the cross-sectional area of the connecting section.
  • an anchoring area which is formed from a pile group or pile bundle formed from individual piles has the advantage that a pipe or pile with standard diameters of up to, for example, approx. 1500 mm can be manufactured significantly more cheaply than large piles.
  • the tower section can be formed by a tubular body.
  • the tower section can be formed by a plurality of largely vertical structural elements (e.g. pipe cross-sections, full cross-sections, H, 1-U profiles, etc.).
  • largely vertical structural elements e.g. pipe cross-sections, full cross-sections, H, 1-U profiles, etc.
  • At least one first anchor pile can have a first length and at least one second anchor pile can have a second length, the first length being greater than the second length.
  • at least two anchor piles can be provided in one installation state, which have different embedment depths in the seabed.
  • anchor piles with at least two different embedment depths can be of considerable advantage when installing the foundation structure.
  • such a foundation structure is less sensitive to boulders or the like that may be present in the (water) soil. If a first anchor post of a group of anchor posts encounters a boulder that blocks or at least makes it significantly more difficult to drive the first anchor post deeper into the (water) soil, it may be sufficient for stability if at least one further anchor post of the group of anchor posts is adjacent can be installed to the first anchor post and can be introduced to a greater depth than the first anchor post.
  • an (upper) end of the at least one anchor pile can at least partially engage or protrude into the tower (in the area of the connecting area).
  • the (lower) tower wall of the tower encloses the upper end of the anchor pile.
  • the tower is slipped over one end of the at least one anchor post (at least in one installation state).
  • a positive connection (at least in the installed state) can be established between an inner wall of the tower and an outer wall of the at least one anchor pile (in particular the named end of the at least one anchor pile), in particular a non-positive connection, particularly preferably a materially bonded connection Connection.
  • a non-positive connection can provide a foundation structure with sufficient structural and / or mechanical stability.
  • the (in particular cohesive) connection can be established in any way (at least in the installed state).
  • the connection can be a grout connection.
  • the parts to be connected in this case the lower end of the tower and the upper end of the at least one anchor pile (or the end of the anchor pile group or the ends of the individual anchor piles of an anchor group) can be placed on top of one another or plugged into one another.
  • the space between the inner wall of the tower and the outer wall of the at least one anchor pile can preferably be filled with a high-strength concrete (e.g. by a so-called cement soil mixing) - the so-called "grayed" - (when the foundation structure is installed).
  • a very strong one Connection between the anchor pile or the group of anchor piles and the tower can be provided (at least) in the connection area of the anchor section. It goes without saying that one end of an anchor post can also (also) protrude into the tower section within the tower.
  • the (in particular at least cohesive connection) connection can be established by at least one connecting plate.
  • the at least one connecting plate can be attached to the inner wall of the tower and the outer wall of the at least one anchor post.
  • the at least one connecting plate formed from metal can run in a substantially vertical plane.
  • a plurality of connecting plates can preferably be arranged (circumferentially) between the inner wall of the tower and the outer wall of the at least one anchor pile.
  • the at least one connecting plate can be welded to the inner wall and / or to the outer wall.
  • a material connection can be provided.
  • the remaining spaces between the inner and outer walls and the connecting plates can be filled, for example, with the (water) soil material and / or with a high-strength concrete (as described above). If the connection between the inner wall of the tower and the outer wall of the at least one anchor pile is established with preferably a plurality of connecting plates, this connection can be established in advance, for example in a port (and not at an installation site).
  • connection can be formed by a (water) soil material (in an installation state). Particularly in the case of sufficiently stiff ground conditions (and if the at least one anchor pile protrudes sufficiently far into the tower (for example between 10 and 50 m), a sufficient connection between one end of the at least one anchor pile and one end of the tower. In particular, such a connection can be established with little effort.
  • the area between the upper and lower cross-sectional area in the connecting area can also be filled with soil and / or filled with cement grout and / or have an elastomer-based layer in the vertical plane, which is largely circular and has a hole in the middle that is smaller or smaller is equal to the diameter of the smaller of the two adjoining elements, and is non-positively connected to at least one (either the upper or the lower) section.
  • the tower can be connected directly to at least one anchor post in a form-fitting, non-positive or material-fitting manner.
  • the at least one anchor post can be connected directly to the tower, e.g. by welding or screwing in the connecting zone, the at least one anchor post and / or the tower can be structurally adapted to enable a connection, for example by removing material (e.g. in the form of a slot).
  • this enables the said bodies to penetrate each other before the connection and / or the attachment of additional surfaces which, for example, enable a screw connection.
  • the length of the connection area can be between 20% and 50% of the total length of the anchor section, preferably between 25% and 40%, particularly preferably between 25% and 35% (in an installed state).
  • the cross-sectional area of the anchoring area can be between 90% and 50% of the cross-sectional area of the connection area, preferably between 85% and 60%, particularly preferably between 80% and 65%. A significant saving in material can be achieved.
  • Another aspect of the application is a method for producing a foundation structure, in particular a foundation structure described above.
  • the procedure includes:
  • At least one anchor post with a horizontal cross-sectional area smaller than the cross-sectional area can first be introduced into the (water) soil (with a certain embedment depth). If a group of anchor piles is introduced, all anchor piles of the group can in particular first be introduced into the (water) soil (each with certain minimum embedment depths).
  • the at least one anchor pile can be introduced into the (water) soil by sinking.
  • the tower can be introduced into the (water) soil, in particular around the connecting area of the foundation structure.
  • the (lower) end of the tower can be slipped over the (upper) end of the at least one anchor post (in the case of a group over all upper ends of the anchor posts).
  • the tower is preferably slipped over the at least one end of the at least one anchor post in such a way that the at least one anchor post protrudes into the tower with a predetermined length (for example between 5 and 50 m).
  • a positive (preferably non-positive, particularly preferably material) connection between a tower and an anchor post, in particular an inner wall of the tower and an outer wall of the at least one anchor post can be established, in particular by at least Partial potting of the intermediate area between the inner wall of the tower and the outer wall of the at least one anchor pile (as described above).
  • the method can further comprise:
  • the template for example a plate-shaped element or a pipe segment, can have two or more openings for a corresponding number of anchor piles to be introduced.
  • An opening can essentially (preferably slightly larger) correspond to the cross-sectional area of an anchor pile.
  • a template can, for example, be formed from a pipe segment that has the same dimensions as the upper section of the foundation structure (or slightly smaller), i.e. as the connecting section.
  • the template can be placed stably and vertically on the bottom of the water by means of auxiliary equipment.
  • the anchor piles can be inserted through the template into the bottom of the water.
  • the template can then be lifted upwards.
  • a seal which is largely designed as an annular disk, for example made of an elastomer, can be attached to the anchoring section, for example by screwing, gluing or clamping. After the anchoring section has been introduced into the ground, the upper tower can be inserted into the anchoring section or placed over it in such a way that the attached seal at least largely prevents the ground between the anchoring section and the tower section from being flushed out.
  • Yet another aspect of the application is a method for producing a foundation structure, in particular a foundation structure described above.
  • the procedure includes:
  • the method can in particular be carried out remotely from the installation location of the offshore device or the foundation structure for the offshore device for example in or near a port.
  • a (lower) end of the tower can be slipped over one end of the anchor post (in the case of a group over all upper ends of the anchor posts).
  • a non-positive connection preferably a material connection, can then be established between the tower and the at least one anchor post.
  • at least one connecting plate can preferably be fastened, in particular welded, between the inner wall of the tower and an outer wall of at least one anchor post.
  • the (total) cross-sectional area of the anchor pile or the group of anchor piles can be smaller than the cross-sectional area of the tower that is slipped over the at least one anchor pile.
  • foundation structures and methods for producing a foundation structure can be freely combined with one another.
  • features of the description and / or the dependent claims can be independently inventive, even with complete or partial circumvention of features of the independent claims, alone or freely combined with one another.
  • Fig. 1 is a schematic view of an embodiment of a
  • Fig. 2 is a schematic view of a further embodiment of a
  • Foundation structure according to the present application shows a schematic partial view of a further exemplary embodiment of a foundation structure according to the present application,
  • FIG. 3b shows a schematic partial view of a further exemplary embodiment of a foundation structure according to the present application
  • FIG. 3c shows a schematic partial view of a further exemplary embodiment of a foundation structure according to the present application
  • FIG. 6 shows a schematic plan view of a further exemplary embodiment of a foundation structure according to the present application.
  • Fig. 7 is a schematic plan view of an embodiment of a
  • FIG. 1 shows a schematic view of an exemplary embodiment of a
  • the offshore device can be an offshore wind turbine.
  • An offshore wind turbine can have a generator that generates the kinetic Converts wind energy into electrical energy.
  • the generator can in particular be arranged in a gondola (not shown) which is carried by the upper end of the tower 110.
  • the offshore device can be formed by an offshore device, in the present example the nacelle, and the foundation structure 100.
  • the foundation structure 100 (a monopile is shown only by way of example) is shown in an installation state.
  • the foundation structure 100 is fastened in a water floor 114, in particular a sea floor 114, the tower 110 protruding vertically upwards (i.e. in the positive x-direction) and being partially arranged above the water surface 116, in particular the sea surface 116.
  • the foundation structure 100 can have two sections 102, 104, namely a tower section 102 and an anchor section 104.
  • the tower section 102 is in particular the section of the foundation structure 100 that extends above the water floor 114, for example up to the gondola. In the case of other variants of the registration, the tower section can only extend as far as the surface of the water.
  • the cross-sectional area and the diameter of the tower section 102 can preferably be conically widened from the water surface 116 to the water floor surface.
  • the anchor section 104 extends from the surface of the body of water in the vertical direction (negative x-direction) downwards or in depth.
  • the anchor section 104 is used to fasten the foundation structure 100 in the water floor 114, in particular for anchoring the foundation structure 100 in the water floor 114.
  • the anchor section 104 comprises a connection area 106 and an anchoring area 108.
  • the connection area 106 directly adjoins the tower section 102.
  • the anchoring area 108 directly adjoins the connecting area 106.
  • connection area 106 has a cross-sectional area (which is indicated by an arrow with the reference numeral 118) (running horizontally, i.e. in the y direction), which remains constant over the entire connection area 106 (viewed in the vertical direction).
  • the tower diameter 128 (approx.) Is kept constant from the surface of the water floor to the lower end of the connecting area 106.
  • the anchoring area 108 has a cross-sectional area (which is indicated by an arrow with the reference numeral 120) which remains constant over the entire anchoring area 108 (viewed in the vertical direction).
  • the cross-sectional area 120 is smaller than the cross-sectional area 118.
  • the cross-sectional area 120 of the anchoring area 108 can be between 90% and 50% of the cross-sectional area 118 of the connecting area 106, preferably between 85% and 60%, particularly preferably between 80%. and 65%.
  • the anchoring area 108 is formed by an anchor post 112.
  • the anchor pile 112 can (like the tower 110) in particular be a hollow pile, the circumferential wall of which is preferably formed from metal.
  • the tower 110 and the anchor post 112 have in particular a circular cross section 118, 120.
  • the diameter 126 of the anchor post 112 is kept constant from the end of the connecting area 106 to the end of the anchor post 112.
  • the diameter 126 of the anchor pile 112 is smaller than the diameter 128 of the tower 110 in the area of the connecting region 106.
  • the connecting region 106 also has a length 124 (in the vertical direction) which is between 25% and 50% of the total length 122 of the anchor section 108, preferably between 25% and 40%, particularly preferably between 30% and 35%.
  • the length of the connecting region 106 can be approximately 1/3 of the anchor section 104 and the length of the anchoring region 108 can be approximately 2/3 of the anchor section 104
  • FIG. 2 shows a schematic view of a further exemplary embodiment of a foundation structure 200 according to the present application for an offshore device. To avoid repetition, essentially only the differences from the exemplary embodiment according to FIG. 1 are described below. For the other components of the foundation structure 200, reference is made to the statements above.
  • the anchoring area 208 of the anchor section 204 is present in the form of a plurality of anchor piles 212.1 to 212.3 or a group of anchor piles 212.1 to 212.3. As an example, three anchor piles 212.1 to 212.3 are shown here. It goes without saying that a different number of anchor piles can also be provided (e.g. five).
  • the anchor piles can preferably be arranged next to one another in the form of a triangle (not shown).
  • the anchor piles 212.1 to 212.3 are arranged adjacent to one another and run essentially parallel to one another in the vertical direction.
  • the anchor piles 212.1 to 212.3 are arranged close to one another and contact one another.
  • an anchor post can contact at least two other anchor posts.
  • Each anchor post 212.1 to 212.3 has a cross-sectional area 230 (again indicated by an arrow).
  • the (maximum) (horizontally running) total cross-sectional area of the anchor section 208 that is to say the sum of the individual cross-sectional areas 230 of all anchor piles 212.1 to 212.3, is smaller than the cross-sectional area 218 of the connecting region 206.
  • all anchor piles of a group of anchor piles can have the same length.
  • the total cross-sectional area of the anchoring area remains constant over the entire anchoring area, viewed in the vertical direction.
  • At least one first anchor post 212.1 has a first length 234 and at least one second anchor post 212.2 has a second length 236, the first length 234 being greater than the second length 236.
  • a third anchor post 212.3 has a third length 232, wherein the third length 232 is smaller than the second length 236.
  • the anchoring area 208 has a first sub-area 208.1, the total cross-sectional area of which remains constant over the entire length 232 and is formed by the individual cross-sectional areas 230 of all anchor piles 212.1 to 212.3.
  • a second sub-area 208.2 which directly adjoins the first sub-area 208.1, has a total cross-sectional area that is smaller than the total cross-sectional area of the first sub-area 208.1.
  • the described embodiment is less sensitive to boulders 211 that may be present in the water floor 214 due to the plurality of anchor piles 212.1 to 212.3 .
  • anchor piles 212.1, 212.2 are shown in a different plane than the anchor pile 212.3 (to indicate in particular that not all anchor piles are arranged in the same plane).
  • FIGS. 3a to 3c show schematic partial views of exemplary embodiments of foundation structures 300 according to the present application.
  • the X-axis again corresponds to the vertical direction and the Y-axis to a horizontal direction.
  • Figures 3a and 3b show one
  • FIG. 3c shows a cross-sectional partial view from above.
  • FIG. 1 and FIG. 2 show essentially only the differences from the exemplary embodiments according to FIG. 1 and FIG. 2 .
  • FIGS. 3a to 3c show only a single anchor post 312 in FIGS. 3a to 3c. It goes without saying that the following explanations can also be applied to a group of anchor piles.
  • the tower 310 is placed over the anchor post 312.
  • an upper end 360 of the anchor pile 312 protrudes into the interior space 350 (which is hollow in the non-installed state) of the tower 310, in particular the lower end of the tower 310.
  • a mechanical and / or structural connection between the tower 310 and the anchor post 312 is provided.
  • this connection is formed by the water floor material 348 of the water floor 314.
  • a connection between the inner wall 344 of the tower 310 and the outer wall 342 of the anchor pile 312 is represented by the fact that the space 346 between the inner wall 344 of the tower 310 and the outer wall 342 of the anchor pile 312 is filled with the water bed material 348 of the water floor 314. Sufficient stability and anchoring can be achieved in this way, in particular in the case of sufficiently stiff ground conditions.
  • FIG. 3b shows an alternative embodiment.
  • the space 346 between the inner wall 344 of the tower 310 and the outer wall 342 of the anchor pile 312 is filled with a high-strength concrete 354 (e.g. by cement soil mixing).
  • a grout connection can be established between the inner wall 344 of the tower 310 and the outer wall 342 of the anchor pile 312.
  • FIG. 3c shows a further exemplary embodiment.
  • a plurality of connecting plates 356 are fastened between the inner wall 344 of the tower 310 and the outer wall 342 of the anchor post 312.
  • the length of a connecting plate 356 in the x direction can correspond approximately to the length that the anchor post 312 protrudes into the tower 310.
  • the width of a connecting plate 356 can in particular correspond to the distance between the inner wall 344 of the tower 310 and the outer wall 342 of the anchor post 312.
  • a connecting plate 356 can preferably be welded on.
  • the connecting plates 356 can be arranged radially evenly spaced from one another.
  • the remaining intermediate space 346 is in the present case filled with the water bed material 348 of the water floor 314. Alternatively or additionally, it can also be grounded.
  • an intermediate space between the inner wall of the tower and the outer wall of the anchor pile can also be at least partially filled with another filler material, such as an elastomer, polymer, sand-clay, sand-clay mixture, etc.
  • FIG. 4 shows a diagram of a method for producing a foundation structure, in particular a foundation structure previously described in connection with FIGS. 1 to 3c.
  • a first step 401 in particular at an installation location of the foundation structure, at least one anchor pile is introduced into the bottom of the body of water (at a predetermined depth).
  • all anchor piles of the group can in particular be introduced sequentially into the bottom of the water.
  • the at least one further anchor post can be introduced directly adjacent to the first anchor post and in particular at a greater depth.
  • a tower can then be introduced into the bottom of the water in such a way that a connection area is formed into which one end of the at least one anchor post engages or projects.
  • the tower can be slipped over the at least one introduced anchor post.
  • the end of the tower can preferably be introduced into the bottom of the water, so that the connection area described is formed.
  • a cross-sectional area of the anchoring area is smaller than a cross-sectional area of the connection area.
  • a connection can be established between an inner wall of the tower and an outer wall of the at least one anchor pile.
  • a preferably at least non-positive connection between the at least one anchor post and the tower can be established by at least partially grouting the intermediate area between the inner wall of the tower and the outer wall of the at least one anchor post.
  • FIG. 5 shows a diagram of a method for producing a foundation structure, in particular a foundation structure previously described in connection with FIGS. 1 to 3c.
  • the method according to FIG. 5 can preferably be carried out remotely from the installation site of the foundation structure.
  • an anchor pile (or a group of anchor piles) can be provided.
  • step 502 at least one tower can be provided.
  • step 503 at least one mechanical connection is established between an inner wall of the tower and an outer wall of the anchor pile.
  • the tower can be at least partially slipped over the at least one anchor post and preferably at least one connecting plate can be firmly bonded between the inner wall of the tower and the outer wall of the anchor post.
  • the established foundation structure can then be transported to the installation site and introduced into the bottom of the water at the installation site. Subsequently, the remaining intermediate area between the inner wall of the tower and the outer wall of the anchor pile can also be covered with soil.
  • FIG. 6 shows a schematic top view of a further exemplary embodiment of a foundation structure 600 according to the present application. To avoid repetition, essentially only the differences from the previous exemplary embodiments are described below. For the other components of the foundation structure 600, reference is made to the statements above.
  • three anchor piles 612.1 to 612.3 are provided. As can be seen from the top view, the anchor piles 612.1 to 612.3 are positioned in such a way that they protrude beyond the cross-sectional area 618 of the connection region 606.
  • the total cross-sectional area of the individual cross-sectional areas 620.1 to 620.3 is here, however, smaller than the cross-sectional area 618 of the connection region 606.
  • FIG. 6 how, in particular, a cross-sectional area 618, 620.1 to 620.3 is (fundamentally) defined in the present application.
  • the at least one anchor pile 612.1 to 612.3 can be connected directly to the tower 610, for example by welding or screwing.
  • the at least one anchor pile and / or the tower can be structurally adapted to enable a connection, for example through a prior removal of material (e.g. to form a slot).
  • this enables the said bodies 612.1 to 612.3, 610 to penetrate each other before the connection and / or the attachment of additional surfaces which, for example, enable a screw connection.
  • a connection can be made without connecting plates, but preferably by slitting an anchor post 612.1 to 612.3 in such a way that the connection area can be inserted into the slot and preferably welded, glued, screwed, etc.
  • FIG. 7 shows a schematic top view of an exemplary embodiment of a template 780 which can be used in a (previously described) method according to the present application.
  • the method according to FIG. 4 can include the following additional steps:
  • the template 780 preferably a pipe segment 780, can have two or more openings 782 (in the present example three openings 782) for a corresponding number of anchor piles to be introduced.
  • An opening 782 may correspond substantially (preferably slightly larger) to the cross-sectional area of an anchor pile.
  • a template according to the application can be used, which in particular ensures dimensional accuracy and exact positioning of the anchor piles at the installation site.
  • the pipe segment 780 can in particular be formed in such a way that it has the same dimensions as the upper section of the foundation structure (in particular the connection section described, which is preferably placed over it) (or somewhat smaller than the inner cross-sectional area of the connection section).
  • the template 780 can be placed stably and vertically on the body of water 714 by auxiliary devices (not shown).
  • the anchor piles can be inserted through the template into the body of water 714.
  • the template 780 can then be lifted upwards.
  • a tower can be introduced into the bottom of the water in such a way that a connection area is formed into which one end of the at least one anchor post engages.

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Abstract

Die Anmeldung betrifft eine Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600) für eine Offshore-Vorrichtung, insbesondere eine Offshore-Windenergievorrichtung, umfassend einen sich in einem Installationszustand der Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600) oberhalb des Bodens (114, 214, 314, 714) erstreckenden Turmabschnitt (102, 202, 302), einen sich an den Turmabschnitt (102, 202, 302) anschließenden und sich in dem Installationszustand in dem Boden (114, 214, 314, 714) erstreckenden Ankerabschnitt (104, 204), wobei der Ankerabschnitt (104, 204) einen Verbindungsbereich (106, 206, 306, 606) aufweist, der sich an den Turmabschnitt (102, 202, 302) anschließt, der Ankerabschnitt (104, 204) einen Verankerungsbereich (108, 208, 308) aufweist, der sich an den Verbindungsbereich (106, 206, 306, 606) anschließt, wobei eine Querschnittsfläche (120) des Verankerungsbereichs (108, 208, 308) kleiner ist als eine Querschnittsfläche (118, 218, 618) des Verbindungsbereichs (106, 206, 306, 606).

Description

Gründungsstruktur für eine Offshore-Vorrichtung
Die Anmeldung betrifft eine Gründungsstruktur, insbesondere für eine Offshore- Vorrichtung, insbesondere bevorzugt eine Offshore-Windenergievorrichtung, umfassend einen sich in einem Installationszustand der Gründungsstruktur oberhalb eines (Gewässer-)Bodens erstreckenden Turmabschnitt und einen sich an den Turmabschnitt anschließenden und sich in dem Installationszustand in dem Boden erstreckenden Ankerab schnitt. Darüber hinaus betrifft die Anmeldung Verfahren zum Herstellen einer Gründungstruktur.
Vermehrt werden, insbesondere im Meer, Offshore-Bauwerke bzw. Offshore- Vorrichtungen errichtet. So werden zur elektrischen Energieerzeugung bzw. zur Bereitstellung elektrischer Energie aus so genannten erneuerbaren Energiequellen beispielsweise Offshore-Windparks mit einer Vielzahl von Offshore- Windenergievorrichtungen installiert. Offshore-Standorte zeichnen sich üblicherweise durch relativ kontinuierliche Windbedingungen und hohe durchschnittliche Windgeschwindigkeiten aus, so dass vermehrt so genannte Offshore-Windparks errichtet werden. ln der Regel weist ein Offshore-Windpark eine Vielzahl an Offshore- Windenergievorrichtungen auf, wie eine Vielzahl von Offshore-Windkraftanlagen, Messmasten und/oder mindestens eine Offshore-Substation, über die der Offshore- Windpark elektrisch beispielsweise mit einer Onshore-Substation oder einer weiteren Offshore-Substation bzw. Offshore-Konverterstation verbunden sein kann. Eine Onshore-Substation wiederum kann mit einem öffentlichen Stromnetz verbunden sein. Eine Offshore-Windkraftanlage ist zum Wandeln der kinetischen Windenergie in elektrische Energie eingerichtet. Zum Übertragen der erzeugten elektrischen Energie zwischen zwei Offshore-Windenergievorrichtungen oder einer Offshore- Windenergievorrichtung und einer Onshore-Vorrichtung werden Energiekabel in Form von Seekabeln verlegt.
Bei Offshore-Windparks, aber auch bei anderen Offshore-Vorrichtungen, ist es üblich, Offshore-Vorrichtung durch eine Gründungsstruktur (z.B. Monopile-, Tripod-, Tripile- oder Jacket-Gründungen) aufbzw. in dem Gewässerboden, insbesondere einem Meeresboden, direkt zu verankern.
Eine Gründungsstruktur umfasst insbesondere einen Turmabschnitt und einen Ankerabschnitt (insbesondere pro Pfahl einer Gründungsstruktur). Der Turmabschnitt erstreckt sich (im Wesentlichen) von dem Gewässerboden nach oben und wird insbesondere zumindest teilweise durch einen Turm (und/oder Turmelement eines Turms) gebildet. An dem aus dem Wasser ragenden Ende des Turms kann insbesondere eine Offshore-Einrichtung, wie eine Plattform, eine Gondel etc. angeordnet sein. Turm und Offshore-Einrichtung können insbesondere die Offshore-Vorrichtung bilden.
An das andere Ende des Turmabschnitts schließt sich der Ankerabschnitt an. Insbesondere erstreckt sich beim Stand der Technik der Ankerabschnitt von dem Gewässerboden(-oberfläche) nach unten. Hierbei kann der Ankerabschnitt zumindest teilweise durch einen Ankerpfahl gebildet sein, dessen (horizontale) Querschnittsfläche entlang des gesamten Ankerabschnitts konstant bleibt. Anders ausgedrückt wird ab dem Gewässerboden der Pfahldurchmesser nach dem Stand der Technik konstant gehalten.
Nachteilig an derartigen Gründungstrukturen sind der hohe Materialbedarf, insbesondere an Stahl, der für die Herstellung und Konstruktion einer Gründungsstruktur erforderlich sind, und die damit einhergehenden Kosten.
Daher liegt der Anmeldung die Aufgabe zugrunde, eine Gründungsstruktur, insbesondere für eine Offshore-Vorrichtung, insbesondere bevorzugt eine Offshore- Windenergievorrichtung, bereitzustellen, welche mit weniger Materialeinsatz und insbesondere kostengünstiger hergestellt werden kann.
Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Anmeldung gelöst durch eine Gründungstruktur, insbesondere für eine Offshore-Vorrichtung, insbesondere bevorzugt eine Offshore-Windenergievorrichtung, nach Anspruch 1. Die Gründungsstruktur umfasst einen sich in einem Installationszustand der Gründungsstruktur oberhalb eines Bodens erstreckenden Turmabschnitt. Die Gründungsstruktur umfasst einen sich an den Turmabschnitt anschließenden und sich in dem Installationszustand in dem Boden erstreckenden Ankerabschnitt. Der Ankerabschnitt weist einen Verbindungsbereich auf, der sich an den Turmabschnitt anschließt. Der Ankerabschnitt weist einen Verankerungsbereich auf, der sich an den Verbindungsbereich anschließt. Eine Querschnittsfläche des Verankerungsbereichs ist kleiner als eine Querschnittsfläche des Verbindungsbereichs.
Indem im Gegensatz zum Stand der Technik eine Gründungsstruktur mit einem Ankerabschnitt bereitgestellt wird, bei dem die (horizontale) Querschnittsfläche sich in vertikaler Richtung von dem (Gewässer-)Boden aus gesehen reduziert, wird eine Gründungstruktur für eine Onshore-Vorrichtung (wie eine Onshore- Windenergievorrichtung), insbesondere jedoch für Offshore-Vorrichtung bereitgestellt, insbesondere eine Offshore-Windenergievorrichtung, welche mit weniger Materialeinsatz und insbesondere kostengünstiger herstellbar ist. Insbesondere ist anmeldungsgemäß erkannt worden, dass beim Stand der Technik mit zunehmender Einbindetiefe in dem (Gewässer-)Boden das Material (insbesondere der Stahl) eines Ankerpfahles nicht optimal ausgenutzt wird, da die einwirkenden Momente für die interne Bemessung der Pfahlstruktur mit zunehmender Einbindelänge bzw. -tiefe abnehmen. Die Wandstärken der Hohlpfähle müssen aber aus Gründen der Beulstabilität gewisse Mindestwandstärken aufweisen. Indem jedoch die (horizontale) Querschnittsfläche, insbesondere der Durchmesser eines Pfahls, (mit zunehmender Einbindetiefe) reduziert wird (zumindest einmal), wird bei einer Gründungstruktur die Stahlmenge reduziert, ohne dass die Beulstabilität der Gründungstruktur reduziert wird.
Die Gründungsstruktur ist vorzugsweise für eine Offshore-Vorrichtung geeignet. Jedoch kann die anmeldungsgemäße Gründungsstruktur auch bei einer Onshore- Vorrichtung, wie eine Onshore- Windenergievorrichtung, verwendet werden. Insbesondere wird nachfolgend die Anmeldung im Wesentlichen anhand einer Offshore-Vorrichtung (und einem Gewässerboden) erläutert. Die Ausführungen lassen sich jedoch auf eine Onshore-Vorrichtung (und einen Boden) übertragen.
Eine Offshore-Vorrichtung bzw. ein Offshore-Bauwerk ist vorzugsweise eine Offshore- Windenergievorrichtung, wie eine Offshore-Windkraftanlage, ein Offshore-Messmast oder eine Offshore-Substation. Ferner kann eine Offshore-Vorrichtung eine Bohr- oder Förderplattform sein. Eine Offshore-Vorrichtung kann eine Offshore-Einrichtung umfassen, die durch eine Gründungsstruktur im Gewässerboden, insbesondere ein Meeresboden, befestigt sein kann. Eine Offshore-Vorrichtung kann insbesondere durch die Offshore-Einrichtung (z.B. eine Plattform, eine Gondel etc.) und der Gründungsstruktur gebildet sein. Eine häufig eingesetzte Gründungsstruktur ist ein so genanntes Monopile, aber auch ein Tripod, Tripile etc.
Eine anmeldungsgemäße Gründungstruktur umfasst (genau) zwei Abschnitte, wobei sich in einem Installationszustand der Gründungsstruktur, also wenn die Gründungsstruktur an dem Installationsort in dem Gewässerboden (oder bei einer Onshore-Vorrichtung in dem Boden) montiert ist, ein Abschnitt, nämlich der Turmabschnitt (insbesondere in Form eines rohrförmigen Körpers), oberhalb des Gewässerbodens (bzw. Bodens) und ein Abschnitt, nämlich der Ankerabschnitt, in dem Gewässerboden (bzw. Boden) angeordnet ist. Ein Turm kann im Wesentlichen den Turmabschnitt bilden, wobei der Turm durch den Ankerabschnitt im Gewässerboden, insbesondere einem Meeresboden, gehalten wird. Anmeldungsgemäß umfasst der Ankerabschnitt zwei Bereiche. Ein erster Bereich ist ein Verbindungsbereich, der sich unmittelbar an den Turmabschnitt anschließt. Der Verbindungsbereich kann insbesondere dadurch definiert sein, dass die (horizontale) Querschnittsfläche (insbesondere ein Durchmesser) über die gesamte Länge (entspricht der Erstreckung in einer vertikalen Richtung in dem Installationszustand) konstant bleibt und sich der Verbindungsbereich insbesondere unmittelbar an den Turmabschnitt anschließt. Vorzugsweise entspricht die (horizontale) Querschnittsfläche des Verbindungsbereichs der (horizontalen) Querschnittsfläche des Turmabschnitts auf Höhe des Gewässerbodens.
An den Verbindungsbereich schließt sich ein zweiter Bereich (unmittelbar) an, nämlich der Verankerungsbereich. Der Verankerungsbereich weist anmeldungsgemäß eine (horizontale) (Gesamt-) Querschnittsfläche auf, die kleiner ist als die (horizontale) Querschnittsfläche des Verbindungsbereichs. Anders ausgedrückt muss eine Querschnittsfläche des Ankerabschnitts in einer von dem Gewässerbodenoberfläche beabstandeten Tiefe kleiner sein im Vergleich zu der Querschnittsfläche des Ankerabschnitts in Höhe der Gewässerbodenoberfläche.
Eine Querschnittsfläche meint in der vorliegenden Anmeldung insbesondere die horizontale durch die äußere Umfangskante bzw. Außenwand einer umlaufenden Wand umschlossene Fläche (und insbesondere nicht die durch die innere Umfangskante bzw. Innenwand einer umlaufenden Wand umschlossene Fläche). Insbesondere kommt es nicht auf die Dicke der Wand an.
Bei einer Ausführungsform kann die die (horizontale) Querschnittsfläche (insbesondere ein Durchmesser) des Verankerungsbereichs über die gesamte Länge des Verankerungsbereichs (entspricht der Erstreckung in einer vertikalen Richtung in dem Installationszustand) konstant bleiben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die (horizontale) Querschnittsfläche (insbesondere ein Durchmesser) über die gesamte Länge des Verankerungsbereichs (entspricht der Erstreckung in einer vertikalen Richtung in dem Installationszustand) stufenweise (zwei oder mehr Stufen) reduziert werden (in eine vertikale Richtung von den (Gewässer-)Bodenoberfläche weg gesehen, also mit größer werdender Einbindetiefe).
Gemäß einer ersten Ausführungsform der anmeldungsgemäßen Gründungsstruktur kann der Verankerungsbereich durch (genau) einen Ankerpfahl gebildet sein (bei einem Monopile), der sich insbesondere mit seiner überwiegenden vertikalen Erstreckung im Boden befindet. Der Turmabschnitt und der Verbindungsbereich können durch einen Turm (oder einem oder mehreren verbundenen Turmelementen) gebildet sein. Dies meint insbesondere, dass die Außenwand des Verbindungsbereichs durch den Turm bzw. dessen umlaufende Wand gebildet sein kann.
Eine Querschnittsfläche des Ankerpfahls (welche der oben genannten Querschnittsfläche des Verankerungsbereichs entspricht) kann kleiner sein als eine Querschnittsfläche des Turms (welche der oben genannten Querschnittsfläche des Verbindungsbereichs entspricht) in dem Verbindungsbereich. Insbesondere kann der Durchmesser des Ankerpfahls kleiner sein als der Durchmesser des Turms im Bereich des Verbindungsbereichs. Der Durchmesser meint insbesondere den Abstand zwischen gegenüberliegenden Außenwänden des Turms bzw. eines Pfahls (nicht der Innenwände). So kann der Turmdurchmesser im Verbindungsbereich über die gesamte Länge des Verbindungsbereichs konstant sein und/oder der Ankerpfahldurchmesser kann über die gesamte Länge des Ankerpfahls konstant sein, wobei der Ankerpfahldurchmesser kleiner ist als der Turmdurchmesser.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der anmeldungsgemäßen Gründungsstruktur kann der Verankerungsbereich durch eine Mehrzahl von parallel verlaufenden Ankerpfählen gebildet sein (bei einem Monopile). Vorzugsweise können zumindest drei Ankerpfähle, beispielsweise fünf Ankerpfähle, vorgesehen sein. Wie bereits beschrieben wurde, können der Turmabschnitt und der Verbindungsbereich durch einen Turm gebildet sein. Eine Gesamtquerschnittsfläche der Mehrzahl der Ankerpfähle (welche der oben genannten Querschnittsfläche des Verankerungsbereichs entspricht) kann kleiner sein als eine Querschnittsfläche des Turms (welche der oben genannten Querschnittsfläche des Verbindungsbereichs entspricht) in dem Verbindungsbereich. Die Gesamtquerschnittsfläche ergibt sich aus der Summe der Einzelquerschnittsflächen.
Eine Mehrzahl von Ankerpfählen kann aufgrund einer nicht-kreisförmigen Form eine höhere Rotationssteifigkeit aufweisen, als ein einzelner rohrförmiger Pfahl.
Zumindest zwei der Mehrzahl von parallel verlaufenden Ankerpfählen können insbesondere in einem direkten Kontakt zu einander stehen. Durch die Verwendung einer Mehrzahl von Ankerpfählen mit jeweils deutlich geringeren Querschnitten (verglichen mit dem Turmquerschnitt im Verbindungsbereich) kann der Materialverbrauch insgesamt verringert und die Stabilität gleichzeitig verbessert werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die zumindest zwei Ankerpfähle beabstandet zueinander angeordnet sind. Insbesondere kann, in einer Draufsicht gesehen, vorgesehen sein, dass die Ankerpfähle zumindest teilweise über die Querschnittsfläche des Verbindungsabschnitts hinausragen.
Insbesondere ist anmeldungsgemäß festgestellt worden, dass bei hinreichend steifen Bodenverhältnissen die Einzelpfähle als Pfahlgruppe mit einer größeren Gesamtsteifigkeit wirken, als die Summe der Einzelsteifigkeiten offenbaren würde.
Zudem sind die Herstellung und der Transport von Pfählen mit geringerem Querschnitt, insbesondere Durchmesser, einfacher und insbesondere kostengünstiger. Insbesondere hat ein Verankerungsbereich, der aus einer aus Einzelpfählen gebildeten Pfahlgruppe bzw. Pfahlbündel gebildet ist, den Vorteil, dass ein Rohr bzw. Pfahl mit Standarddurchmessern bis beispielsweise ca. 1500 mm deutlich günstiger herstellbar ist als Großpfähle. Der Turmabschnitt kann durch einen rohrförmigen Körper gebildet sein.
Insbesondere kann der Turmabschnitt durch eine Mehrzahl von weitestgehend vertikal verlaufenden Strukturelementen (z.B. Rohrquerschnitte, Vollquerschnitte, H-, 1- U-Profile etc.) gebildet sein.
Darüber hinaus kann, gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der anmeldungsgemäßen Gründungsstruktur, mindestens ein erster Ankerpfahl eine erste Länge aufweisen und mindestens ein zweiter Ankerpfahl eine zweite Länge aufweisen, wobei die erste Länge größer ist als die zweite Länge. Anders ausgedrückt können zumindest zwei Ankerpfähle in einem Installationszustand bereitgestellt werden, die unterschiedliche Einbindetiefen in den Gewässerboden aufweisen. Durch die Nutzung von Ankerpfählen mit unterschiedlicher Länge (bzw. Einbindetiefe) kann in einfacher Weise eine stufenweise Reduktion der (Gesamt-) Querschnittsfläche des Verankerungsbereichs bereitgestellt werden.
Ferner können Ankerpfähle mit zumindest zwei unterschiedlichen Einbindetiefen von erheblichem Vorteil bei der Installierung der Gründungsstruktur sein. Insbesondere ist eine derartige Gründungsstruktur weniger empfindlich gegenüber ggf. im (Gewässer-)Boden vorhandenen Findlingen oder dergleichen. Trifft ein erster Ankerpfahl einer Gruppe von Ankerpfählen auf einen Findling, der ein tieferes Einbringen des ersten Ankerpfahls in den (Gewässer-) Boden blockiert oder zumindest deutlich erschwert, kann es für die Stabilität ausreichend sein, wenn mindestens ein weiterer Ankerpfahl der Gruppe von Ankerpfählen benachbart zu dem ersten Ankerpfahl installiert werden kann und in eine größere Tiefe eingebracht werden kann als der erste Ankerpfahl.
Darüber hinaus kann es möglich sein, bei der Verwendung mehrerer (kleiner) Ankerpfähle die einzelnen Ankerpfähle am unteren Ende nicht senkrecht zur Hauptrichtung enden, sondern einige oder alle Pfähle abgeschrägt sind, so dass die Gesamtheit der Ankerpfähle in der Seitenansicht einen unten angespitzten Pfahl ergeben, der sich mit einem geringeren Widerstand in den Boden einbringen lässt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform einer anmeldungsgemäßen Gründungsstruktur kann ein (oberes) Ende des mindestens einen Ankerpfahls in den Turm (in dem Bereich des Verbindungsbereichs) zumindest teilweise eingreifen bzw. hineinragen. Dies meint insbesondere, dass die (untere) Turmwand des Turms das obere Ende des Ankerpfahls umschließt. Insbesondere ist der Turm über ein Ende des mindestens einen Ankerpfahls (zumindest in einem Installationszustand) übergestülpt.
Vorzugsweise kann, gemäß einer weiteren Ausführungsform, zwischen einer Innenwand des Turms und einer Außenwand des mindestens einen Ankerpfahls (insbesondere des genannten Endes des mindestens einen Ankerpfahls) eine formschlüssige Verbindung (zumindest im Installationszustand) hergestellt sein, insbesondere eine kraftschlüssige Verbindung, insbesondere bevorzugt eine stoffschlüssige Verbindung. Insbesondere durch eine kraftschlüssige Verbindung kann eine Gründungsstruktur mit ausreichender struktureller und/oder mechanischer Stabilität bereitgestellt werden.
Grundsätzlich kann die (insbesondere stoffschlüssige) Verbindung in beliebiger Weise (zumindest in dem Installationszustand) hergestellt sein. Gemäß einer Ausführungsform der anmeldungsgemäßen Gründungsstruktur kann die Verbindung eine Grout-Verbindung sein.
Wie bereits beschrieben wurde, können die zu verbindenden Teile, vorliegend das untere Ende des Turms und das obere Ende des mindestens einen Ankerpfahls (oder das Ende der Ankerpfahlgruppe bzw. die Enden der einzelnen Ankerpfähle einer Ankergruppe) übereinander gestülpt oder ineinander gesteckt sein. Der Zwischenraum zwischen der Innenwand des Turms und der Außenwand des mindestens einen Ankerpfahls kann vorzugsweise mit einem hochfesten Beton (z.B. durch ein so genanntes Zement Soil Mixing) - dem sogenannten "vergrouten" - gefüllt sein (in einem Installationszustand der Gründungsstruktur). Eine hochfeste Verbindung zwischen dem Ankerpfahl oder der Gruppe von Ankerpfählen und dem Turm kann (zumindest) in dem Verbindungsbereich des Ankerabschnitts bereitgestellt werden. Es versteht sich, dass ein Ende eines Ankerpfahls auch innerhalb des Turms (auch) in den Turmabschnitt ragen kann.
Alternativ oder (bevorzugt) zusätzlich kann die (insbesondere zumindest stoffschlüssige Verbindung) Verbindung durch mindestens ein Verbindungsblech hergestellt sein. Das mindestens eine Verbindungsblech kann an der Innenwand des Turms und der Außenwand des mindestens einen Ankerpfahls befestigt sein. Insbesondere kann das mindestens eine aus Metall gebildete Verbindungsblech in einer im Wesentlichen vertikalen Ebene verlaufen. Vorzugsweise kann eine Mehrzahl von Verbindungsblechen (umlaufend) zwischen der Innenwand des Turms und der Außenwand des mindestens einen Ankerpfahls angeordnet sein. Insbesondere kann das mindestens eine Verbindungsblech an der Innenwand und/oder an der Außenwand angeschweißt sein. Eine stoffschlüssige Verbindung kann bereitgestellt werden.
Die verbleibenden Zwischenräume zwischen Innen- und Außenwand sowie den Verbindungsblechen können beispielsweise mit dem (Gewässer-) Bodenmaterial und/oder mit einem hochfesten Beton (wie zuvor beschrieben wurde) gefüllt sein. Wenn die Verbindung zwischen der Innenwand des Turms und der Außenwand des mindestens einen Ankerpfahls mit vorzugsweise einer Mehrzahl von Verbindungsblechen hergestellt ist, kann diese Verbindung bereits vorab, beispielsweise in einem Hafen, hergestellt werden (und nicht erst an einem Installationsort).
Alternativ oder zusätzlich kann die Verbindung durch ein (Gewässer-) Bodenmaterial gebildet sein (in einem Installationszustand). Insbesondere bei hinreichend steifen Bodenverhältnissen (und wenn der mindestens eine Ankerpfahl ausreichend weit in den Turm hineinragt (z.B. zwischen 10 und 50 m), kann eine ausreichende Verbindung zwischen einem Ende des mindestens einen Ankerpfahls und einem Ende des Turms hergestellt sein. Insbesondere kann eine derartige Verbindung aufwandsarm hergestellt werden.
Auch kann der Bereich zwischen oberer und unterer Querschnittsfläche in dem Verbindungsbereich mit Boden ausgefüllt sein und/oder mit Zementgrout ausgefüllt sein und/oder in der vertikalen Ebene eine elastomerbasierte Schicht aufweisen, welche weitestgehend kreisförmig ist und in der Mitte ein Loch aufweist, welches kleiner oder gleich dem Durchmesser des kleineren der beiden anschließenden Elemente ist, und mit mindestens einem (entweder dem oberen oder dem unteren) Abschnitt kraftschlüssig verbunden ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Turm) direkt mit mindestens einem Ankerpfahl form-, kraft- oder stoffschlüssig verbunden sein. Insbesondere wenn mindestens ein Ankerpfahl zumindest teilweise außerhalb des Umfangs des Verbindungsbereichs des Turmes liegt, kann der mindestens eine Ankerpfahl direkt mit dem Turm verbunden sein, z.B. durch Verschweißen oder Verschrauben ln der Verbindungszone kann/können der mindestens eine Ankerpfahl und/oder der Turm konstruktiv angepasst sein, um eine Verbindung zu ermöglichen, zum Beispiel durch das Entfernen von Material (z.B. in Form eines Schlitzes). Insbesondere kann hierdurch eine gegenseitige Durchdringung der genannten Körper vor der Verbindung ermöglicht werden und/oder das Anbringen von zusätzlichen Flächen erreicht werden, die z.B. eine Verschraubung ermöglichen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der anmeldungsgemäßen Gründungsstruktur kann die Länge des Verbindungsbereichs zwischen 20 % und 50 % der Gesamtlänge des Ankerabschnitts liegen, bevorzugt zwischen 25 % und 40 %, insbesondere bevorzugt zwischen 25 % und 35 % (in einem Installationszustand). Insbesondere für den Fall, dass bei einem Ankerabschnitt zwischen 25 % und 35 % der Länge durch den Verbindungsbereich und zwischen 65 % und 75 % der Länge durch einen Verankerungsbereich (mit einer gegenüber dem Verbindungsbereich reduzierten Querschnittsfläche) gebildet ist, kann eine ausreichende strukturelle und mechanische Stabilität und gleichzeitig eine signifikante Materialreduktion (insbesondere Stahlreduktion) bei einer Gründungsstruktur erreicht werden.
Ferner kann, gemäß einer weiteren Ausführungsform der anmeldungsgemäßen Gründungsstruktur, die Querschnittsfläche des Verankerungsbereichs zwischen 90 % und 50 % der Querschnittsfläche des Verbindungsbereichs liegen, bevorzugt zwischen 85 % und 60 %, insbesondere bevorzugt zwischen 80 % und 65 %. Eine deutliche Materialersparnis kann erzielt werden.
Ein weiterer Aspekt der Anmeldung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Gründungsstruktur, insbesondere einer zuvor beschriebenen Gründungsstruktur. Das Verfahren umfasst:
Einbringen mindestens eines Ankerpfahls in den Boden (insbesondere Gewässerboden), und anschließendes Einbringen eines Turms in den Boden (insbesondere Gewässerboden), derart, dass ein Verbindungsbereich gebildet wird, in den ein Ende des mindestens einen Ankerpfahls eingreift.
Das anmeldungsgemäße Verfahren wird insbesondere an dem Installationsort der Onshore- oder Offshore-Vorrichtung durchgeführt. Mindestens ein Ankerpfahl mit einer horizontalen Querschnittsfläche kleiner als die Querschnittsfläche kann zunächst in den (Gewässer-) Boden (mit einer bestimmten Einbindetiefe) eingebracht werden. Wenn eine Gruppe von Ankerpfählen eingebracht wird, können insbesondere zunächst sämtliche Ankerpfähle der Gruppe in den (Gewässer-)Boden (jeweils mit bestimmten Mindesteinbindetiefen) eingebracht werden.
Die Einbringung des mindestens einen Ankerpfahls in den (Gewässer-) Boden kann durch Abteufen erfolgen.
Nach der Installation des mindestens einen Ankerpfahls kann der Turm in den (Gewässer-)Boden eingebracht werden, um insbesondere den Verbindungsbereich der Gründungstruktur zu bilden. Insbesondere kann das (untere) Ende des Turms über das (obere) Ende des mindestens einen Ankerpfahls (bei einer Gruppe über sämtliche oberen Enden der Ankerpfähle) gestülpt werden. Vorzugsweise wird der Turm derart über das mindestens eine Ende des mindestens einen Ankerpfahls gestülpt, dass der mindestens eine Ankerpfahl mit einer vorgegebenen Länge (z.B. zwischen 5 und 50 m) in den Turm hineinragt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des anmeldungsgemäßen Verfahrens kann nach dem Einbringen des Turms eine formschlüssige (vorzugsweise kraftschlüssige, insbesondere bevorzugt stoffschlüssige) Verbindung zwischen einem Turm und einem Ankerpfahl, insbesondere einer Innenwand des Turms und einer Außenwand des mindestens einen Ankerpfahls, hergestellt werden, insbesondere durch zumindest teilweises Vergrouten des Zwischenbereichs zwischen der Innenwand des Turms und der Außenwand des mindestens einen Ankerpfahls (wie zuvor beschrieben wurde).
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform kann das Verfahren ferner umfassen:
Bereitstellen einer Schablone mit mindestens einer Öffnung für mindestens einen einzubringenden Ankerpfahl,
Positionieren der Schablone auf einer Bodenoberfläche, insbesondere einer Gewässerbodenoberfläche, und
Einbringen des mindestens einen Ankerpfahls in den Boden durch die mindestens eine Öffnung.
Insbesondere kann die Schablone, beispielsweise ein plattenförmiges Element oder ein Rohrsegment, zwei oder mehr Öffnungen für eine entsprechende Anzahl von einzubringenden Ankerpfählen aufweisen. Eine Öffnung kann im Wesentlichen (vorzugsweise geringfügig größer) zu der Querschnittsfläche eines Ankerpfahls korrespondieren. Insbesondere bei der Verwendung von mehreren Ankerpfählen, die während der Installation noch nicht fest mit dem oberen Abschnitt der Gründungsstruktur verbunden sind, kann eine anmeldungsgemäße Schablone verwendet werden, die insbesondere die Maßhaltigkeit und eine exakte Positionierung der Ankerpfähle an dem Installationsort gewährleistet.
Eine Schablone kann zum Beispiel aus einem Rohrsegment gebildet sein, dass die selben Maße hat wie der obere Abschnitt der Gründungsstruktur (oder etwas kleiner), also wie der Verbindungsabschnitt. Durch Hilfseinrichtungen kann die Schablone stabil und lotrecht auf dem Gewässerboden platziert werden. Die Ankerpfähle können durch die Schablone hindurch in den Gewässerboden eingebracht werden. Anschließend kann die Schablone nach oben weggehoben werden. ln einer weiteren Ausführungsform kann zunächst eine weitestgehend als Ringscheibe ausgebildete, z.B. aus einem Elastomer hergestellte, Abdichtung an dem Verankerungsabschnitt, z.B. durch Schrauben, Kleben oder Klemmen, angebracht werden. Nach dem der Verankerungsabschnitt in den Boden eingebracht wurde, kann der obere Turm so in den Verankerungsabschnitt eingesetzt, bzw. über diesen drüber gesetzt werden, dass die angebrachte Abdichtung ein Ausspülen des zwischen Verankerungsabschnitt und Turmabschnitt befindlichen Boden zumindest weitestgehend verhindert.
Ein noch weiterer Aspekt der Anmeldung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Gründungsstruktur, insbesondere einer zuvor beschriebenen Gründungsstruktur. Das Verfahren umfasst:
Bereitstellen mindestens eines Ankerpfahls,
Bereitstellen mindestens eines Turms, und
Herstellen mindestens einer mechanischen Verbindung zwischen dem Turm und dem Ankerpfahls, insbesondere zwischen einer Innenwand des Turms und einer Außenwand des Ankerpfahls..
Das Verfahren kann insbesondere entfernt von dem Installationsort der Offshore- Vorrichtung bzw. der Gründungstruktur für die Offshore-Vorrichtung durchgeführt werden, beispielsweise in oder bei einem Hafen. Insbesondere kann ein (unteres) Ende des Turms über ein Ende des Ankerpfahls (bei einer Gruppe über sämtliche oberen Enden der Ankerpfähle) gestülpt werden. Dann kann eine kraftschlüssige Verbindung, vorzugsweise eine stoffschlüssige Verbindung, zwischen dem Turm und dem mindestens einen Ankerpfahl hergestellt werden. Vorzugsweise kann entsprechend den vorherigen Ausführungen mindestens ein Verbindungsblech zwischen der Innenwand des Turms und einer Außenwand mindestens eines Ankerpfahls befestigt, insbesondere angeschweißt werden. Die (Gesamt- ) Querschnittsfläche des Ankerpfahls bzw. der Gruppe von Ankerpfählen kann kleiner sein als die Querschnittsfläche des Turms, der über den mindestens einen Ankerpfahl gestülpt wird.
Die Merkmale der Gründungsstrukturen und Verfahren zum Herstellen einer Gründungsstruktur sind frei miteinander kombinierbar. Insbesondere können Merkmale der Beschreibung und/oder der abhängigen Ansprüche, auch unter vollständiger oder teilweiser Umgehung von Merkmalen der unabhängigen Ansprüche, in Alleinstellung oder frei miteinander kombiniert, eigenständig erfinderisch sein.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die anmeldungsgemäße Gründungstruktur und die anmeldungsgemäßen Verfahren auszugestalten und weiterzuentwickeln. Hierzu sei einerseits verwiesen auf die den unabhängigen Ansprüchen nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung ln der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer
Gründungstruktur gemäß der vorliegenden Anmeldung,
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer
Gründungstruktur gemäß der vorliegenden Anmeldung, Fig. 3a eine schematische Teilansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Gründungstruktur gemäß der vorliegenden Anmeldung,
Fig. 3b eine schematische Teilansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Gründungstruktur gemäß der vorliegenden Anmeldung,
Fig. 3c eine schematische Teilansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Gründungstruktur gemäß der vorliegenden Anmeldung,
Fig. 4 ein Diagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Anmeldung,
Fig. 5 ein Diagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Anmeldung,
Fig. 6 eine schematische Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Gründungstruktur gemäß der vorliegenden Anmeldung, und
Fig. 7 eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiel einer
Schablone, die bei einem Verfahren gemäß der vorliegenden Anmeldung verwendet werden kann.
Nachfolgend werden für gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer
Gründungstruktur 100 gemäß der vorliegenden Anmeldung für eine Offshore-
Vorrichtung. Die nachfolgenden Ausführungen können auf Onshore-Vorrichtungen übertragen werden.
Beispielsweise kann die Offshore-Vorrichtung eine Offshore-Windkraftanlage sein.
Eine Offshore-Windkraftanlage kann einen Generator aufweisen, der die kinetische Energie des Winds in elektrische Energie wandelt. Der Generator kann insbesondere in einer (nicht dargestellten) Gondel angeordnet sein, die von dem oberen Ende des Turms 110 getragen wird. Insbesondere kann die Offshore-Vorrichtung durch eine Offshore-Einrichtung, vorliegend beispielhaft die Gondel, und die Gründungstruktur 100 gebildet sein.
Vorliegend ist die Gründungstruktur 100 (lediglich beispielhaft ist ein Monopile dargestellt) in einem Installationszustand dargestellt. Insbesondere ist die Gründungstruktur 100 in einem Gewässerboden 114, insbesondere einem Meeresboden 114, befestigt, wobei der Turm 110 vertikal nach oben (also in positive x-Richtung) ragt und teilweise oberhalb der Gewässeroberfläche 116, insbesondere der Meeresoberfläche 116, angeordnet ist.
Die Gründungsstruktur 100 kann zwei Abschnitte 102, 104 aufweisen, nämlich einen Turmabschnitt 102 und einen Ankerab schnitt 104. Der Turmanschnitt 102 ist insbesondere der Abschnitt der Gründungsstruktur 100, der sich oberhalb des Gewässerbodens 114 erstreckt, beispielsweise bis zur Gondel. Bei anderen Varianten der Anmeldung kann sich der Turmabschnitt auch nur bis zur Gewässeroberfläche erstrecken.
Die Querschnittsfläche und der Durchmesser des Turmabschnitts 102 können vorzugweise von der Wasseroberfläche 116 bis zur Gewässerbodenoberfläche konisch aufgeweitet sein.
Der Ankerabschnitt 104 erstreckt sich von der Gewässerbodenoberfläche in vertikaler Richtung (negative x-Richtung) nach unten bzw. in die Tiefe. Der Ankerabschnitt 104 dient der Befestigung der Gründungstruktur 100 in dem Gewässerboden 114, insbesondere zur Verankerung der Gründungstruktur 100 in dem Gewässerboden 114. Der Ankerabschnitt 104 umfasst vorliegend einen Verbindungsbereich 106 und einen Verankerungsbereich 108. Der Verbindungsbereich 106 schließt sich unmittelbar an den Turmabschnitt 102 an. Der Verankerungsbereich 108 schließt sich unmittelbar an den Verbindungsbereich 106 an.
Wie zu erkennen ist, weist der Verbindungsbereich 106 eine (horizontal, also in y Richtung, verlaufende) Querschnittsfläche (die durch einen Pfeil mit dem Bezugszeichen 118 angedeutet ist) auf, die über dem gesamten Verbindungsbereich 106 (in vertikaler Richtung gesehen) konstant bleibt. Insbesondere wird der Turmdurchmesser 128 (ca.) ab der Gewässerbodenoberfläche bis zum unteren Ende des Verbindungsbereichs 106 konstant gehalten.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Verankerungsbereich 108 eine Querschnittsfläche (die durch einen Pfeil mit dem Bezugszeichen 120 angedeutet ist) auf, die über dem gesamten Verankerungsbereich 108 (in vertikaler Richtung gesehen) konstant bleibt.
Wie zu erkennen ist, ist die Querschnittsfläche 120 kleiner als die Querschnittsfläche 118. Insbesondere kann die Querschnittsfläche 120 des Verankerungsbereichs 108 zwischen 90 % und 50 % der Querschnittsfläche 118 des Verbindungsbereichs 106 liegen, bevorzugt zwischen 85 % und 60 %, insbesondere bevorzugt zwischen 80 % und 65 %.
Der Verankerungsbereich 108 ist vorliegend durch einen Ankerpfahl 112 gebildet. Der Ankerpfahl 112 kann (wie der Turm 110) insbesondere ein Hohlpfahl sein, dessen umlaufende Wand vorzugsweise aus Metall gebildet ist. Der Turm 110 und der Ankerpfahl 112 weisen insbesondere einen kreisförmigen Querschnitt 118, 120 auf.
Der Durchmesser 126 des Ankerpfahls 112 wird ab dem Ende des Verbindungsbereichs 106 bis zum Ende des Ankerpfahls 112 konstant gehalten. Der Durchmesser 126 des Ankerpfahls 112 ist vorliegend kleiner als der Durchmesser 128 des Turms 110 im Bereich des Verbindungsbereichs 106.
Der Verbindungsbereich 106 weist ferner eine Länge 124 (in vertikaler Richtung) auf, die zwischen 25 % und 50 % der Gesamtlänge 122 des Ankerabschnitts 108 liegt, bevorzugt zwischen 25 % und 40 %, insbesondere bevorzugt zwischen 30 % und 35 %. Insbesondere kann die Länge des Verbindungsbereichs 106 ca. 1/3 des Ankerabschnitts 104 und die Länge des Verankerungsbereichs 108 ca. 2/3 des Ankerabschnitts 104 betragen
Die Figur 2 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Gründungstruktur 200 gemäß der vorliegenden Anmeldung für eine Offshore- Vorrichtung. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden nachfolgend im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 beschrieben. Für die anderen Komponenten der Gründungstruktur 200 wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Der Verankerungsbereich 208 des Ankerabschnitts 204 ist vorliegend durch eine Mehrzahl von Ankerpfählen 212.1 bis 212.3 bzw. durch eine Gruppe von Ankerpfählen 212.1 bis 212.3. Beispielhaft sind vorliegend drei Ankerpfähle 212.1 bis 212.3 dargestellt. Es versteht sich, dass auch eine andere Anzahl von Ankerpfählen vorgesehen sein kann (z.B. fünf). Vorzugsweise können die Ankerpfähle in Form eines Dreiecks nebeneinander angeordnet sein (nicht dargestellt).
Die Ankerpfähle 212.1 bis 212.3 sind benachbart zueinander angeordnet und verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander in vertikaler Richtung. Insbesondere sind die Ankerpfähle 212.1 bis 212.3 eng aneinander angeordnet und kontaktieren sich. Beispielsweise kann ein Ankerpfahl zumindest zwei andere Ankerpfähle kontaktieren. Jeder Ankerpfahl 212.1 bis 212.3 weist eine Querschnittsfläche 230 (wiederum angedeutet durch einen Pfeil) auf. Die (maximale) (horizontal verlaufende) Gesamtquerschnittsfläche des Ankerabschnitts 208, also die Summe der einzelnen Querschnittsflächen 230 sämtlicher Ankerpfähle 212.1 bis 212.3, ist kleiner als die Querschnittsfläche218 des Verbindungsbereichs 206.
In einer (nicht dargestellten) Ausführungsform können sämtliche Ankerpfähle einer Gruppe von Ankerpfählen die gleiche Länge aufweisen. In diesem Fall bleibt die Gesamtquerschnittsfläche des Verankerungsbereichs über dem gesamten Verankerungsbereichs in vertikaler Richtung gesehen konstant.
Vorliegend weist mindestens ein erster Ankerpfahl 212.1 eine erste Länge 234 auf und mindestens ein zweiter Ankerpfahl 212.2 eine zweite Länge 236 auf, wobei die erste Länge 234 größer ist als die zweite Länge 236. Insbesondere weist vorliegend ein dritter Ankerpfahl 212.3 eine dritte Länge 232 auf, wobei die dritte Länge 232 kleiner ist als die zweite Länge 236.
Durch das Vorsehen von mindestens zwei Ankerpfählen 212.1 bis 212.3 mit einer unterschiedlichen Länge, ausgehend von dem (unteren Ende des) Verbindungsbereichs 206, kann eine stufenweise Reduktion der Gesamtquerschnittsfläche des Verankerungsbereichs 208 in vertikaler Richtung (in negative X-Richtung gesehen) bereitgestellt werden.
Vorliegend weist der Verankerungsbereich 208 einen ersten Subbereich 208.1 auf, dessen Gesamtquerschnittsfläche über die gesamte Länge 232 konstant bleibt und durch die einzelnen Querschnittsfläche 230 sämtlicher Ankerpfähle 212.1 bis 212.3 gebildet wird.
Ein zweiter Subbereich 208.2, der sich unmittelbar an den ersten Subbereich 208.1 anschließt, weist eine Gesamtquerschnittsfläche auf, die kleiner ist als die Gesamtquerschnittsfläche des ersten Subbereichs 208.1. Die Gesamtquerschnittsfläche des zweiten Subbereichs 208 bleibt über die gesamte Länge des zweiten Subbereichs 208.2 (Länge des zweiten Subbereichs = Länge 236 - Länge 232) konstant und wird durch die einzelnen Querschnittsfläche 230 des ersten und zweiten Ankerpfahls 212.1, 212.2 gebildet.
Ein dritter Subbereich 208.3, der sich unmittelbar an den zweiten Subbereich 208.2 anschließt, weist eine Gesamtquerschnittsfläche auf, die kleiner ist als die Gesamtquerschnittsfläche des zweiten Subbereichs 208.2. Die
Gesamtquerschnittsfläche des dritten Subbereichs 208 bleibt über die gesamte Länge des dritten Subbereichs 208.3 (Länge des dritten Subbereichs = Länge 234 - Länge 236) konstant und wird durch die einzelne Querschnittsfläche 230 des ersten Ankerpfahls 212.1 gebildet.
Neben einer noch weiteren Materialersparnis ist das beschriebene Ausführungsbeispiel aufgrund der Mehrzahl von Ankerpfählen 212.1 bis 212.3 weniger empfindlich gegenüber ggf. im Gewässerboden 214 vorhandenen Findlingen 211. Zudem wirken bei hinreichend steifen Bodenverhältnissen die Einzelpfähle als Pfahlgruppe mit einer größeren Gesamtsteifigkeit als die Summe der Einzelsteifigkeiten offenbaren würde.
Es sei angemerkt, dass in der Figur 2 die Ankerpfähle 212.1, 212.2 in einer anderen Ebene dargestellt sind, als der Ankerpfahl 212.3 (um insbesondere anzudeuten, dass nicht sämtliche Ankerpfähle in der gleichen Ebene angeordnet sind).
Die Figuren 3a bis 3c zeigen schematische Teilansichten von Ausführungsbeispielen von Gründungstrukturen 300 gemäß der vorliegenden Anmeldung ln den Figuren 3a bis 3c entspricht die X-Achse erneut der vertikalen Richtung und die Y-Achse einer horizontalen Richtung. Die Figuren 3a und 3b zeigen eine
Querschnittsseitenteilansicht und die Figur 3c eine Querschnittsdrauf-Teilansicht. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden nachfolgend im Wesentlichen nur die Unterschiede zu den Ausführungsbeispielen nach Figur 1 und Figur 2 beschrieben. Für die anderen Komponenten der Gründungstruktur 300 wird auf die obigen Ausführungen verwiesen. Nachfolgend ist zu Gunsten einer besseren Übersicht in den Figuren 3a bis 3c nur ein einzelner Ankerpfahl 312 dargestellt. Es versteht sich, dass die nachfolgenden Ausführungen auch auf eine Gruppe von Ankerpfählen übertragen werden können.
Wie in Figur 3a dargestellt, ist in dem dargestellten Installationszustand der Gründungstruktur 300 der Turm 310 über den Ankerpfahl 312 gestülpt. Anders ausgedrückt ragt ein oberes Ende 360 des Ankerpfahls 312 in den Innerraum 350 (der im nicht installierten Zustand hohl ist) des Turms 310, insbesondere des unteren Endes des Turms 310.
Ferner ist eine mechanische und/oder strukturelle Verbindung zwischen dem Turm 310 und dem Ankerpfahl 312 vorgesehen. Diese Verbindung ist in dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3a durch das Gewässerbodenmaterial 348 des Gewässerbodens 314 gebildet. Insbesondere wird eine Verbindung zwischen der Innenwand 344 des Turms 310 und der Außenwand 342 des Ankerpfahls 312 dadurch dargestellt, dass der Zwischenraum 346 zwischen der Innenwand 344 des Turms 310 und der Außenwand 342 des Ankerpfahls 312 mit dem Gewässerbodenmaterial 348 des Gewässerbodens 314 gefüllt ist. Insbesondere bei hinreichend steifen Bodenverhältnissen kann eine ausreichende Stabilität und Verankerung hierdurch erreicht werden.
Die Figur 3b zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel ln dem Beispiel nach Figur 3b ist der Zwischenraum 346 zwischen der Innenwand 344 des Turms 310 und der Außenwand 342 des Ankerpfahls 312 mit einem hochfesten Beton 354 (z.B. durch Zement Soil Mixing) gefüllt. Anders ausgedrückt kann zwischen der Innenwand 344 des Turms 310 und der Außenwand 342 des Ankerpfahls 312 eine Grout-Verbindung hergestellt sein. Eine ausreichend sichere Verankerung kann bereitgestellt werden. Die Figur 3c zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Bei dem gezeigten Beispiel ist insbesondere eine Mehrzahl von Verbindungsblechen 356 zwischen der Innenwand 344 des Turms 310 und der Außenwand 342 des Ankerpfahls 312 befestigt. Die Länge eines Verbindungsblechs 356 in x-Richtung kann in etwa der Länge entsprechen, die der Ankerpfahl 312 in den Turm 310 hineinragt.
Die Breite eines Verbindungsblechs 356 kann insbesondere dem Abstand zwischen der Innenwand 344 des Turms 310 und der Außenwand 342 des Ankerpfahls 312 entsprechen. Vorzugsweise kann ein Verbindungsblech 356 angeschweißt sein. Besonders bevorzugt können die Verbindungsbleche 356 radial gleichmäßig beabstandet zueinander angeordnet sein.
Der verbleibende Zwischenraum 346 ist vorliegend mit dem Gewässerbodenmaterial 348 des Gewässerbodens 314 gefüllt. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Vergrouten erfolgen.
Es versteht sich, dass bei anderen Varianten der Anmeldung ein Zwischenraum zwischen Innenwand des Turms und Außenwand des Ankerpfahls auch mit einem anderen Füllmaterial, wie etwa einem Elastomer, Polymer, Sand-Ton, Sand-Ton- Gemisch etc. zumindest teilweise gefüllt sein kann.
Die Figur 4 zeigt ein Diagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Gründungsstruktur, insbesondere einer zuvor in Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 3c beschriebenen Gründungsstruktur. ln einem ersten Schritt 401 erfolgt, insbesondere an einem Installationsort der Gründungsstruktur, ein Einbringen mindestens eines Ankerpfahls in den Gewässerboden (in eine vorgegebene Tiefe). Bei einer Gruppe von Ankerpfählen können in Schritt 401 sämtliche Ankerpfähle der Gruppe insbesondere sequentiell in den Gewässerboden eingebracht werden. Insbesondere für den Fall, dass bei einer Gruppe von Ankerpfählen ein Ankerpfahl bei der Einbringung auf einen Findling stößt, kann dieser (sofern eine bestimmte Mindesttiefe erreicht wurde und zumindest ein weiterer Ankerpfahl tiefer eingebracht werden kann) nicht tiefer eingebracht werden. Der mindestens eine weitere Ankerpfahl kann unmittelbar benachbart zu dem ersten Ankerpfahl und insbesondere in eine größere Tiefe eingebracht werden.
In einem Schritt 402 kann ein anschließendes Einbringen eines Turms in den Gewässerboden erfolgen, derart, dass ein Verbindungsbereich gebildet wird, in den ein Ende des mindestens einen Ankerpfahls eingreift bzw. hineinragt. Insbesondere kann in Schritt 402 der Turm über den mindestens einen eingebrachten Ankerpfahl übergestülpt werden. Das Ende des Turms kann vorzugsweise in den Gewässerboden eingebracht werden, so dass sich der beschriebene Verbindungsbereich bildet. Hierbei ist eine Querschnittsfläche des Verankerungsbereichs kleiner als eine Querschnittsfläche des Verbindungsbereichs.
Optional kann in Schritt 403 nach dem Einbringen des Turms eine Verbindung zwischen einer Innenwand des Turms und einer Außenwand des mindestens einen Ankerpfahls hergestellt werden. Insbesondere kann durch zumindest teilweises Vergrouten des Zwischenbereichs zwischen der Innenwand des Turms und der Außenwand des mindestens einen Ankerpfahls eine vorzugsweise zumindest kraftschlüssige Verbindung zwischen dem mindestens einen Ankerpfahl und dem Turm hergestellt werden.
Die Figur 5 zeigt ein Diagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Gründungsstruktur, insbesondere einer zuvor in Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 3c beschriebenen Gründungsstruktur. Das Verfahren gemäß der Figur 5 kann vorzugsweise entfernt von dem Installationsort der Gründungstruktur durchgeführt werden. In einem Schritt 501 kann ein Bereitstellen eines Ankerpfahls (oder einer Gruppe von Ankerpfählen) erfolgen.
In Schritt 502 kann ein Bereitstellen mindestens eines Turms erfolgen.
In Schritt 503 erfolgt ein Herstellen mindestens einer mechanischen Verbindung zwischen einer Innenwand des Turms und einer Außenwand des Ankerpfahls. Insbesondere kann der Turm zumindest teilweise über den mindestens einen Ankerpfahl gestülpt werden und vorzugsweise mindestens ein Verbindungsblech stoffschlüssig zwischen der Innenwand des Turms und der Außenwand des Ankerpfahls befestigt werden.
Optional kann anschließend die hergestellte Gründungsstruktur zu dem Installationsort transportiert und an dem Installationsort in den Gewässerboden eingebracht werden. Anschließend kann zusätzlich ein Vergrouten in dem verbleibenden Zwischenbereich zwischen der Innenwand des Turms und der Außenwand des Ankerpfahls erfolgen.
Die Figur 6 zeigt eine schematische Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Gründungstruktur 600 gemäß der vorliegenden Anmeldung. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden nachfolgend im Wesentlichen nur die Unterschiede zu den vorherigen Ausführungsbeispielen beschrieben. Für die anderen Komponenten der Gründungstruktur 600 wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
In dem dargestellten Beispiel sind drei Ankerpfähle 612.1 bis 612.3 vorgesehen. Wie aus der Draufsicht ersichtlich ist, sind die Ankerpfähle 612.1 bis 612.3 derart positioniert, dass sie über die Querschnittsfläche 618 des Verbindungsbereichs 606 hinausragen. Die Gesamtquerschnittsfläche der einzelnen Querschnittsflächen 620.1 bis 620.3 ist hierbei jedoch geringer als die Querschnittsfläche 618 des Verbindungsbereichs 606. Ferner wird durch die Figur 6 deutlich, wie insbesondere eine Querschnittsfläche 618, 620.1 bis 620.3 in der vorliegenden Anmeldung (grundsätzlich) definiert ist. Die Querschnittsfläche berechnet sich nach der Formel: A = Ti*d2/4, wobei d der Durchmesser 670 bzw. 672, wie dargestellt, zwischen den Außenkanten bzw. Außenwänden des jeweiligen Pfahls ist (und nicht zwischen den Innenkanten bzw. Innenwänden).
Vorliegend kann der mindestens eine Ankerpfahl 612.1 bis 612.3 direkt mit dem Turm 610 verbunden sein, z.B. durch Verschweißen oder Verschrauben ln der Verbindungszone kann/können der mindestens eine Ankerpfahl und/oder der Turm konstruktiv angepasst sein, um eine Verbindung zu ermöglichen, zum Beispiel durch ein vorheriges Entfernen von Material (z.B. zum Bilden eines Schlitzes). Insbesondere kann hierdurch eine gegenseitige Durchdringung der genannten Körper 612.1 bis 612.3, 610 vor der Verbindung ermöglicht werden und/oder das Anbringen von zusätzlichen Flächen erreicht werden, die z.B. eine Verschraubung ermöglichen. Insbesondere kann eine Verbindung ohne Verbindungsbleche erfolgen, sondern vorzugsweise dadurch, dass ein Ankerpfahl 612.1 bis 612.3 so geschlitzt wird, dass der Verbindungsbereich in den Schlitz gesteckt und vorzugsweise verschweißt, verklebt, verschraubt etc. werden kann.
Die Figur 7 zeigt eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels einer Schablone 780, die bei einem (zuvor beschriebenen) Verfahren gemäß der vorliegenden Anmeldung verwendet werden kann. Insbesondere kann das Verfahren nach Figur 4 zusätzliche folgende Schritte umfassen:
Bereitstellen einer Schablone mit mindestens einer Öffnung für mindestens einen einzubringenden Ankerpfahl,
Positionieren der Schablone auf einer Bodenoberfläche, insbesondere einer Gewässerbodenoberfläche, und
Einbringen des mindestens einen Ankerpfahls in den Boden durch die mindestens eine Öffnung. Insbesondere kann die Schablone 780, vorzugsweise ein Rohrsegment 780, zwei oder mehr Öffnungen 782 (vorliegend beispielhaft drei Öffnungen 782) für eine entsprechende Anzahl von einzubringenden Ankerpfählen aufweisen. Eine Öffnung 782 kann im Wesentlichen (vorzugsweise geringfügig größer) zu der Querschnittsfläche eines Ankerpfahls korrespondieren. Insbesondere bei der
Verwendung von mehreren Ankerpfählen, die während der Installation noch nicht fest mit dem oberen Abschnitt der Gründungsstruktur verbunden sind, kann eine anmeldungsgemäße Schablone verwendet werden, die insbesondere die Maßhaltigkeit und eine exakte Positionierung der Ankerpfähle an dem Installationsort gewährleistet.
Das Rohrsegment 780 kann insbesondere derart gebildet sein, dass es dieselben Maße aufweisen, wie der obere Abschnitt der Gründungsstruktur (insbesondere der beschriebene Verbindungsabschnitt, der vorzugsweise drüber gestülpt wird) (oder etwas kleiner als die Innenquerschnittsfläche des Verbindungsabschnitts). Durch (nicht gezeigte) Hilfseinrichtungen kann die Schablone 780 stabil und lotrecht auf dem Gewässerboden 714 platziert werden. Die Ankerpfähle können durch die Schablone hindurch in den Gewässerboden 714 eingebracht werden. Anschließend kann die Schablone 780 nach oben weggehoben werden. Optional kann vor einem Entfernen der Schablone ein Einbringen eines Turms in den Gewässerboden derart erfolgen, dass ein Verbindungsbereich gebildet wird, in den ein Ende des mindestens einen Ankerpfahls eingreift.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600), umfassend: einen sich in einem Installationszustand der Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600) oberhalb eines Bodens (114, 214, 314, 714) erstreckenden Turmabschnitt (102, 202, 302), einen sich an den Turmabschnitt (102, 202, 302) anschließenden und sich in dem Installationszustand in dem Boden (114, 214, 314, 714) erstreckenden Ankerabschnitt (104, 204), dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerab schnitt (104, 204) einen Verbindungsbereich (106, 206, 306, 606) aufweist, der sich an den Turmabschnitt (102, 202, 302) anschließt, der Ankerab schnitt (104, 204) einen Verankerungsbereich (108, 208, 308) aufweist, der sich an den Verbindungsbereich (106, 206, 306, 606) anschließt, wobei eine Querschnittsfläche (120) des Verankerungsbereichs (108, 208, 308) kleiner ist als eine Querschnittsfläche (118, 218, 618) des Verbindungsbereichs (106, 206, 306, 606).
2. Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verankerungsbereich (108, 208, 308) durch einen Ankerpfahl (112, 212.1, 212.2, 212.3, 312, 612.1, 612.3, 612.3) zumindest teilweise gebildet ist, der Turmabschnitt (102, 202, 302) und der Verbindungsbereich (106, 206, 306, 606) durch einen Turm (110, 210, 310, 610) zumindest teilweise gebildet ist, und eine Querschnittsfläche (120) des Ankerpfahls (112, 212.1, 212.2, 212.3, 312, 612.1, 612.3, 612.3) kleiner ist als eine Querschnittsfläche (118, 218, 618) des Turms (110, 210, 310, 610) in dem Verbindungsbereich (106, 206, 306, 606).
3. Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verankerungsbereich (108, 208, 308) durch eine Mehrzahl von parallel verlaufenden Ankerpfählen (112, 212.1, 212.2, 212.3, 312, 612.1, 612.3, 612.3) gebildet ist, der Turmabschnitt (102, 202, 302) und der Verbindungsbereich (106, 206, 306, 606) durch einen Turm (110, 210, 310, 610) gebildet ist, und eine Gesamtquerschnittsfläche der Mehrzahl der Ankerpfähle (112, 212.1, 212.2, 212.3, 312, 612.1, 612.3, 612.3) kleiner ist als eine Querschnittsfläche (118, 218, 618) des Turms (110, 210, 310, 610) in dem Verbindungsbereich (106, 206, 306, 606).
4. Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erster Ankerpfahl (112, 212.1, 212.2, 212.3, 312, 612.1, 612.3, 612.3) eine erste Länge (234) aufweist und mindestens ein zweiter Ankerpfahl (112, 212.1, 212.2, 212.3, 312, 612.1, 612.3, 612.3) eine zweite Länge (236) aufweist, wobei die erste Länge (234) größer ist als die zweite Länge (236).
5. Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende (360) des mindestens einen Ankerpfahls (112, 212.1, 212.2, 212.3, 312, 612.1, 612.3, 612.3) in den Turm (110, 210, 310, 610) zumindest teilweise eingreift.
6. Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Innenwand (344) des Turms (110, 210, 310, 610) und einer Außenwand (342) des mindestens einen Ankerpfahls (112, 212.1, 212.2, 212.3, 312, 612.1, 612.3, 612.3) eine formschlüssige Verbindung hergestellt ist, insbesondere ein kraftschlüssige Verbindung, insbesondere bevorzugt eine stoffschlüssige Verbindung.
7. Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung eine Grout-Verbindung ist, und/oder die Verbindung durch mindestens ein Verbindungsblech (356) hergestellt ist, wobei das mindestens eine Verbindungsblech (356) an der Innenwand (344) des Turms (110, 210, 310, 610) und der Außenwand (342) des mindestens einen Ankerpfahls (112, 212.1, 212.2, 212.3, 312, 612.1, 612.3, 612.3) befestigt ist, und/oder die Verbindung durch ein Bodenmaterial (348) gebildet ist.
8. Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (224) des Verbindungsbereichs (106, 206, 306, 606) zwischen 20 % und 50 % der Gesamtlänge (222) des Ankerabschnitts (104, 204) liegt, bevorzugt zwischen 25 % und 40 %, insbesondere bevorzugt zwischen 25 % und 35 %.
9. Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche (120) des Verankerungsbereichs (108, 208, 308) zwischen 90 % und 50 % der Querschnittsfläche (118, 218, 618) des Verbindungsbereichs (106, 206, 306, 606) liegt, bevorzugt zwischen 85 % und 60 %, insbesondere bevorzugt zwischen 80 % und 65 %.
10. Verfahren zum Herstellen einer Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600), insbesondere einer Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend: Einbringen mindestens eines Ankerpfahls (112, 212.1, 212.2, 212.3, 312, 612.1,
612.3, 612.3) in einen Boden (114, 214, 314, 714), und anschließendes Einbringen eines Turms (110, 210, 310, 610) in den Boden (114, 214, 314, 714), derart, dass ein Verbindungsbereich (106, 206, 306, 606) gebildet wird, in den ein Ende (360) des mindestens einen Ankerpfahls (112, 212.1, 212.2,
212.3, 312, 612.1, 612.3, 612.3) eingreift.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einbringen des Turms (110, 210, 310, 610) eine Verbindung zwischen einer Innenwand (344) des Turms (110, 210, 310, 610) und einer Außenwand (342) des mindestens einen Ankerpfahls (112, 212.1, 212.2, 212.3, 312, 612.1,
612.3, 612.3) hergestellt wird, insbesondere durch zumindest teilweises Vergrauten des Zwischenbereichs (346) zwischen der Innenwand (344) des Turms (110, 210, 310, 610) und der Außenwand (342) des mindestens einen Ankerpfahls (112, 212.1, 212.2, 212.3, 312, 612.1, 612.3, 612.3).
12. Verfahren zum Herstellen einer Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600), insbesondere einer Gründungsstruktur (100, 200, 300, 600) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend:
Bereitstellen mindestens eines Ankerpfahls (112, 212.1, 212.2, 212.3, 312, 612.1,
612.3.612.3),
Bereitstellen mindestens eines Turms (110, 210, 310, 610), und Herstellen mindestens einer mechanischen Verbindung (356) zwischen dem Turm (110, 210, 310, 610) und dem Ankerpfahl (112, 212.1, 212.2, 212.3, 312,
612.1.612.3.612.3).
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