Eine Schwergewichtsgründung aus Stahl mit ballastierten Caissons

Aufgrund der Restriktionen vom BSH hinsichtlich des Rammschalls während der Installation von Offshore-Gründungsstrukturen werden Alternativen gesucht, die ohne Rammpfähle auskommen. Eine Möglichkeit sind z.B. Schwergewichtsgründungen aus Beton, deren Hohlräume bei Bedarf auch mit Sand gefüllt werden oder Gründungspfähle, die gebohrt oder einvibriert werden. Ein Schwergewichtsfundament aus Stahl wurde bislang nicht in Betracht gezogen, wobei jedoch auch in ein stählernes Caisson mit Sand ballastiert werden kann. Zusammen mit einem großen Hebelarm wird das notwendige Rückstell-Moment gegen die Wind- und Wellenlasten aktiviert. 

Herr P. Kelemen aus Salzgitter hat eine Gründungsvariante aus Stahl entwickelt, die als Schwergewichtsfundament wirkt. Die stand- und ermüdungssichere Auslegung bzw. Bemessung der Rohrabschnitte und der Rohrknoten vom K-Turm-Offshore war das Ziel des Entwurfsdesigns mit dem die SKI Ingenieurges. mbH in Hannover beauftragt wurde.   

Die gesamte Tragstruktur setzt sich aus zwei zylindrischen Turmsektionen und dem K-Jacket zusammen, welches auf drei Caissons gegründet wird. Zwischen der untersten Turmsektion und dem K-Jacket befindet sich der Zentralrohrknoten als Schnittstelle, wobei eine vorgespannte Ringflanschverbindung zur Kraftübertragung dient. Unterhalb des Zentralrohrknotens wird die Arbeitsplattform in die Gründungsstruktur integriert und somit zum Lastabtrag herangezogen. Dort ist auch eine Justierung integriert, um evtl. langzeitbedingte Schiefstellungen des K-Jackets auszugleichen.  

Die Jacketbeine und Streben schließen auf der Oberkante von den Caissons an und dienen gleichzeitig als Führungen für die Druckluft- und Wasserleitungen. Durch die Anordnung der Beine und Streben wird jede Kammer eines Caissons erreicht, sodass eine individuelle Steuerung über Unterdruck und Überdruck während der Installation möglich ist.

Weitere Merkmale vom K-Turm-Offshore

Die Schiefstellungen während der Installation werden direkt durch die Absenkmethode kompensiert, weil die Caissons durch Unterdruck und eine temporäre Auflast gezielt in den Meeresboden gedrückt werden können. Nach dem gesteuerten Absenkvorgang wird mit einem geeigneten und kolksicheren Mineralgemisch eine dauerhafte Ballastierung der Caissons vorgenommen, um gegen die abhebenden Kräfte infolge Wind- und Wellenlasten ein ausreichendes Schwergewicht und rückstellendes Moment zu erhalten. Hierbei ist nicht nur die Ballastmasse, sondern auch der Hebelarm entscheidend.

Als Einsatzgebiete für den K-Turm-Offshore werden Standorte in der Nordsee und anderen Meeren bevorzugt, die eine geringe maritime Schicht aufweisen. Ein Eisgang sollte ausgeschlossen sein. Der tragfähige Baugrund muss mindestens mitteldichte Sande besitzen.

Weitere Merkmale vom K-Turm-Offshore:

  • Wasssertiefen 20 bis 50m
  • kein Eisgang
  • Baugrund mit mitteldichten und dichten Sanden
  • Geringerer Umfang und reduzierte Tiefe der Baugrunderkundung erforderlich
  • geräuscharme Installationsarbeiten, da keine Rammpfähle vorhanden (außerdem Massenersparnis)
  • keine Groutverbindungen zum kraftschlüssigen Verbinden von Stahlteilen und zum Ausgleich der Schiefstellungen erforderlich
  • Gründungsstruktur ist nach Absenkvorgang sofort standsicher für Seegangszustände während der Installationsphase
  • restlose Demontage der Gründungsstruktur inkl. der Caissons möglich

    

 

      

Entwicklungsstand

Die Standsicherheit für einen Standort in der Nordsee wurde durch den TÜV Nord in Hamburg bestätigt. Das Entwurfsdesign von SKI wurde dabei neben den Spannungs- und Stabilitätsnachweisen auch für die Ermüdungsnachweise geprüft. Die geotechnischen Nachweise wie z.B. Setzungsberechnung, Kipp- und Gleitsicherheit wurden durch einen geotechnischen Sachverständigen überprüft. Weitere Auskünfte zum Entwicklungsstand sind bei Herrn P. Kelemen zu erfragen (kelemen-salzgitter(at)t-online.de).