Einvibrieren von Gründungen

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einbringen einer Gründung, z. B. ein Pfahl, zur Gründung und/oder Verankerung von Bauwerken, insbesondere Oflshore- Bauwerken.

Hintergrund der Erfindung

Zur Gründung und/oder Verankerung von Bauwerken werden z. B. einvibrierte Pfähle verwendet. Es ist ferner bekannt dass einvibrierte Pfähle gegenüber eingerammten Pfählen eine verringerte axiale und auch laterale Tragfähigkeit aufweisen. Aus diesem Grund werden

Pfähle auf den letzten Metern (z. B. über eine Strecke von ca. achtmal dem entsprechenden Pfahldurchmesser) üblicherweise schlagend eingerammt.

Beim Einbringen von Pfähle, die von einer Gründung für Onshore- oder Ofishore Bauwerke umfasst sind in einen Baugrund mittels Vibrationsrammen kann der Vibrationsprozess des Einbringens eines Pfahls, planmäßig oder unplanmäßig, durch Deaktivieren der

Vibrationseinrichtung unterbrochen werden. Zum Fortsetzen des Vibrationsprozesses muss die Vibrationseinrichtung reaktiviert werden. Während der Unterbrechung wird

beispielsweise ein auf den Pfahl wirkendes Gewicht erhöht oder es werden ggf. erforderliche Justierarbeiten bzw. Reparaturen durchgeführt.

Aufgrund der teilweisen Einspannung des Pfahls durch den Baugrund und der Verfestigung der beim Vibrieren verflüssigten pfahlmantelnahen Bodenschicht kann sich jedoch das Vibrationsverhalten ändern, so dass ein weiteres Versenken mittels Vibrationsrammen erschwert bzw. nicht mehr möglich ist.

Ferner kann es Anwendungsfälle geben, bei denen es nicht (mehr) möglich ist einvibrierte Pfahle auf den letzten Metern einzuschlagen, da beispielsweise der Boden wesentlich von den erwarteten Lagerungsdichten abweicht oder der entsprechende Schlaghammer wegen eines technischen Ausfalls nicht zur Verfügung steht. Allgemeine Beschreibung einiger beispielhafter Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung

Nachteilig ist, dass ein Baugrundrisiko beim Einvibrieren von Pfählen besteht, da es dazu kommen kann, dass bei Unterbrechung des Einvibriervorgangs ein Fortsetzen nicht mehr möglich ist Eine Ursache hierfür sind z. B. neben der bloßen Unterbrechung und

Wiederverfestigung der verflüssigten Schicht auch Setup-Effekte wie

Porenwasserüberdruckabbau, um nur ein nicht-limitierendes Beispiel zu nennea

Es wäre wünschenswert, eine Steuer- und/oder Regelbarkeit des Einvibrierens erzielen zu können.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die bekannten Nachteile beim Einvibrieren von Gründungen, z. B. Pfähle, insbesondere für Oflshore-Bauwerke zu reduzieren bzw. zu vermeidea und insbesondere das Einvibrieren von derartigen Pfählen durch eine Steuer- und/oder Regelbarkeit des Einvibrierens zu verbessern.

Gemäß einem ersten beispielhaften Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum

Einvibrieren von einer Gründung in einen Baugrund unter Einleitung von Schwingungen, die mittels einer an der Gründung befestigten Vibrationseinrichtung erzeugt werden, wobei die Schwingungen eine Verflüssigung des Baugrunds bewirken, so dass die Gründung in den Baugrund eindringt, offenbart, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die.

Eindringgeschwindigkeit der Gründung in den Baugrund mittels eines Verändern der Verflüssigungszone, die den die Gründung umgebenden Baugrund unmittelbar umgibt, gesteuert und/oder geregelt wird, wobei die Eindringgeschwindigkeit über eine Veränderung der Größe der Verflüssigungszone verändert wird.

Gemäß einem zweiten beispielhaften Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung offenbart, die zur Ausführung und/oder Steuerung des Verfahrens nach dem ersten Aspekt der Erfindung eingerichtet ist oder jeweilige Mittel zur Ausführung und/oder Steuerung der Schritte des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst. Dabei können entweder alle Schritte des Verfahrens gesteuert werden, oder alle Schritte des Verfahrens ausgeführt werden, oder ein oder mehrere Schritte gesteuert und ein oder mehrere Schritte ausgeführt werden. Ein oder mehrere der Mittel können auch durch die gleiche Einheit ausgeführt und/oder gesteuert werden. Diese zwei Aspekte der vorliegenden Erfindung weisen u.a. die nachfolgend beschriebenen - teilweise beispielhaften - Eigenschaften auf. Es ist erkannt worden, dass z. B. bei einer Pfahlinstallation insbesondere zur Gründung von Oflshore-Bauwerken mittels Vibration, auch als Einvibrieren bezeichnet, z. B. bei sandigen Böden eine Verflüssigung des den Pfahl umgebenden Bodens erfolgt. Durch eine derartige Verflüssigung kann der Pfahl durch sein Eigengewicht in den Boden einsinken bzw.

eindringen. Eine Vergrößerung der den Pfahl umgebenden Verflüssigungszone führt somit beim Vibrieren zu einer verbesserten Pfahleinbringung in den Untergrund. Entsprechend kann über die Kontrolle dieser Prozesse auch eine Steuer- und/oder Regelbarkeit eines Einbringens von Gründungen (z. B. eine Pfahlinstallation, die von einer Grimdung umfasst ist) erreicht werden; Die Eindringgeschwindigkeit kann ferner durch eine Erhöhung einer Gründungslast (z. B. Pfahllast), z. B, durch das Aufbringen einer (externen) Masse auf die Gründung (z. B. ein Pfahl) vergrößert werden. Die Eindringgeschwindigkeit wird

beispielsweise ferner über eine Veränderung des Reibbeiwertes der Verflüssigungszone und/oder eine Veränderung des hydrostatischen Gefälles zwischen Außenseite und

Innenseite der Gründung (z. B. zwischen Pfahlinnen- und Pfahlaußenseite) verändert. Die Veränderung des Reibbeiwertes der Verflüssigungszone kann beispielsweise über Mittel zum Eiiiblasen von Luft und/oder Gasen erfolgen, wobei ferner der Grad der Verflüssigung über ein erhöhtes bzw. verringertes Einblasen von Luft und/oder Gasen verändert werden kann. Die Veränderung des hydrostatischen Gefälles zwischen Außenseite und Innenseite der Gründung kann beispielsweise über Mittel zum Pumpen von Flüssigkeit aus dem Inneren heraus bzw. in das Innere der Gründung hinein erfolgen. Weitere diesbezügliche Details sind im Nachfolgenden dieser Spezifikation offenbart.

Die Gründung umfasst oder besteht beispielsweise aus einem oder mehreren Rohrsegmenten. Das eine oder die mehreren Rohrsegmente bilden beispielsweise einen Pfahl (auch als Gründungspfahl oder Monopfahl bezeichnet) aus. Die Gründung ist beispielsweise nach unten hin offen, z. B. ist das in den Baugrund eindringende Ende der Gründung nach unten, also in Eindringrichtung in den Baugrund hinein, offen. Die Gründung ist beispielsweise ein Pfahl. Die Gründung kann beispielsweise in Form von Spundwänden, Spundprofilen, in Form von Pfählen, insbesondere Gründungspfählen für beispielsweise Monopiles oder beispielsweise in Form von beliebig gestalteten Profilen vorliegen. Da insbesondere bei der Installation von Oflshore Gründungen beispielsweise das

Schlagrammen von Pfählen für Gründungen von sogenannten Monopiles, Jacketts oder andere Fundamenttypen nicht unumstritten ist z. B. aufgrund der damit verbundenen

Geräuschentwicklung, die z. B. zu einer Beeinträchtigung z. B. von Meeressäugetieren führen kann, ist gegenständlich vorgesehen, dass der Einbringprozess beim Vibrieren der Gründung durch ein Verändern der Verflüssigungszone verbessert wird, und damit diese

geräuschärmere Einbringvariante attraktiver wird.

Das in den Baugrund eindringende Ende der Gründung (z. B. Pfahlende) ist beispielsweise derart ausgebildet, dass Stofftransport (z. B. durch das Eindringen verdrängter Baugrudn) ins Innere der Gründung hinein (z. B. in den hohlen Pfahl hinein) unterstützt wird.

Alternativ ist das in den Baugrund eindringende Ende der Gründung beispielsweise derart ausgebildet, dass Stofftransport ins Innere der Gründung hinein vermindert bzw. verhindert wird.

Die Vibrationseinrichtung wird auch als Vibrator oder als Vibrationsbär bezeichnet werden.

Unter Schwingungen im Sinne des vorliegenden Gegenstands sind Schwingungen zu verstehen, die dazu geeignet sind, sich im Baugrund so auszubreiten, dass bei der in den Baugrund eingebrachten Gründung z. B. sowohl die Mantelreibung als auch der

Spitzenwiderstand des Bodens überwunden wird, der Boden vor einem Profilfuß der Gründung (z. B. Pfahl) also quasi verflüssig wird, wodurch die Gründung infolge ihrer Gewichtskraft in den Baugrund eindringt. Unter einer Schwingung im Sinne des vorliegenden Gegenstands ist beispielsweise eine

Schwingung innerhalb eines Frequenzbandes von etwa 5 Hz bis 150 Hz, vorzugsweise von 10 Hz bis 50 Hz zu verstehen. Als Eindringprozess der Gründung in den Baugrund ist dabei der Prozess - auch als

Eindringprozess bezeichnet - zu verstehen, bei dem die Gründung auf die vorgesehene Endtiefe in den Baugrund eingebracht wird. Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass eine wirkende Masse der Gründung während des Eindringens in den Baugrund mittels eines Pumpens von Flüssigkeit aus dem Inneren bzw. in das Innere der Gründung erhöht oder verringert wird. Die Gründung umfasst beispielsweise Mittel zur Wasserentnahme, um das Pumpen von Flüssigkeit zu ermöglichen. Das Pumpen von Flüssigkeit aus dem Inneren der Gründung geschieht beispielsweise derart, dass eine Möglichkeit zur Wasserentnahme von z. B. während des Eindringens in den Baugrund in das Innere der Gründung eindringendes Wasser, besteht Hierbei handelt es sich beispielsweise um Meerwasser, und/oder um Grundwasser, dass aus dem Baugrund stammt. Die Mittel zur Wasserentnahme umfassen beispielsweise ein in die

Gründung eingelassenes bzw. einbringbares und wieder entfembares Rohr und/oder einen Schlauch, so dass z. B. Flüssigkeit, Fluid und/oder Wasser vom Inneren der Gründung nach außen befördert (z. B .gepumpt) werden kann. In der Folge wird beispielsweise ein

Wasserpegel innerhalb der Gründung reduziert.

Unter der wirkenden Masse der Gründung im Sinne des vorliegenden Gegenstands ist der Anteil der Gewichtskraft von der Gründung zu verstehen, der über das in den Baugrund einzutreibende Ende der Gründung und der Mantelreibung der Gründung in den Baugrund eingetragen wird. Durch Variation der wirkenden Masse der Gründung kann beispielsweise ferner das

Schwingungsverhalten der Gründung verändert werden. Ferner kann durch Variation der Masse und somit der auf den Baugrund wirkenden Gewichtskraft der Gründung dessen Eindringgeschwindigkeit in den Baugrund variiert und den gegebenen bzw. geforderten Erfordernissen angepasst werden.

Das Abpumpen von Flüssigkeit aus dem Inneren der Gründung kann beispielsweise einen hydrostatischen Druck, der innerhalb der Gründung herrscht, verändern. Der hydrostatische Druck, auch als Gravitationsdruck oder Schweredruck bezeichnet, ist gegenständlich insbesondere derjenige Druck, der innerhalb einer ruhenden Flüssigkeit oder eines ruhendes Fluides, wie z. B. einem flüssigen Gas, durch den Einfluss der Gravitation im Inneren der Gründung herrecht. Eine Veränderung des hydrostatischen Drucks im Inneren der Gründung kann zur Folge haben, dass die während des Eindringens der Gründung in den

Baugrund wirkende Masse sich ebenfalls ändert.

Ein vorstehend offenbartes Pumpen von Flüssigkeit kann also dazu eingesetzt werden, die Eindringgeschwindigkeit der Gründung in den Baugrund hinein zu variieren.

Da durch die Variation der wirkenden Masse der Gründung auch die Eindringgeschwindigkeit der Gründung in den Baugrund variiert werden kann, kann auch im Ergebnis eine laterale Belastbarkeit der in den Baugrund eingebrachten Gründung erhöht werden, da beispielsweise auf den letzten Metern bis zum Erreichen der Endtiefe die Verflüssigungszone verkleinert wird, so dass nur noch ein (sehr) langsames Eindringen der Gründung in den Baugrund möglich ist.

Für den Fall, dass an der Gründung ein Loch oder mehrere Löcher vorhanden sind, können diese gegenständlich zum Ermöglichen des Pumpens bzw. Abpumpens von Flüssigkeit z. B. mit entsprechenden Mitteln zumindest temporär geschlossen werden. Derartige Löcher der

Gründung können beispielsweise Kabeleinzugslöcher und/oder andere sekundäre Öffnungen sein, um nur einige nicht-limitierende Beispiele zu nennen. Derartige Löcher können beispielsweise mit Gummipfropfen temporär verschlossen werden. Mittels eines geeigneten Entfernungsmittels, z. B. einem Draht oder dergleichen, können die Gummipfropfen beispielsweise nach dem Einbringen der Gründung entfernt werden.

Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Verflüssigungszone mittels eines Einbläsern von Luft und/oder Gasen an der

Gründung verändert wird.

Das Einblasen von Luft und/oder Gasen erfolgt beispielsweise durch Mittel zum Einblasen von Luft und/oder Gasen an der Gründung. Die Mittel zum Einblasen von Luft und/oder Gasen sind beispielsweise Injektionslanzen und/oder Schläuche. Das Einblasen von Luft und/oder Gasen bewirkt z.B. eine Auflockerung des Baugrunds in Gründungsnähe (z. B. Pfahlnähe). In Folge des Einblasens von Luft und/oder Gasen durch die Mittel zum Einblasen von Luft und/oder Gasen wird eine bessere Übertragung von Vibrationen (z. B. Pfahlvibrationen) während des Einvibrierens der Gründung in den Baugrund (z. B. Boden) erzielt, welches zu einer größeren Verflüssigung beiträgt. Dies führt ferner zu einem Verändern (z. B. Erhöhen oder Verringern) des Grades der Verflüssigung über ein erhöhtes bzw. verringertes Einblasen von Luft und/oder Gasen, da der Reibbeiwert, der zum Einbringen der Gründung in den Baugrund überwunden werden muss, und der zwischen Außenwand der Gründung und dem umgebenden Baugrund besteht, verändert wird. Der Reibbeiwert wird z. B. erhöht durch ein Verringern der Menge von eingeblasener Luft und/oder eingeblasenen Gasen, oder der Reibbeiwert wird verringert durch ein Erhöhen der Menge von eingeblasener Luft und/oder eingeblasenen Gasen.

Derartige Mittel zum Einblasen von Luft und/oder Gasen können beispielsweise im Inneren der Gründung (z. B. ein Pfahl) Luft und/oder Gas einblasen. Derartige Mittel zum Einblasen von Luft und/oder Gasen sind beispielsweise als eine oder mehrere (Luft-) Lanzen und/oder Schläuche ausgebildet. Eine oder mehrere von derartigen Lanzen und/oder Schläuchen können beispielsweise an der Gründung (z. B. Pfahl) selber oder über ein Trägergestell, oder unmittelbar mit der Pfahlwand verbunden (z. B. durch Kleben oder Schweißen oder ähnliche Mittel, um nur einige nicht-limitierende Beispiele zu nennen) oder befestigt sein, um nur einige nicht-limitierende Beispiele zu nennen.

Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Luft und/oder das Gas oberhalb des in den Baugrund eindringenden Endes der Gründung appliziert wird.

Das Einblasen von Luft und/oder Gas, beispielsweise erzeugt durch die Mittel zum Einblasen Von Luft und/oder Gasen, resultiert beispielsweise in Luft- und/oder Gasblasen, die insbesondere etwa 0,1m, 0,2m, 0,3m, 0,4m, 0,5 m, oder mehr oberhalb der Unterkante der Gründung (z. B. oberhalb der Pfahlunterkante) in den Baugrund (z. B. Meeresboden) anzutreffen sind. Entsprechend wird beispielsweise mittels der Lanzen und/oder Schläuche die Luft und/oder das Gas etwa 0,5 m oberhalb der Unterkante der Gründung (z. B. oberhalb der Pfahlunterkante) in den Baugrund (z. B. Meeresboden) appliziert. Der Luft- und/oder Gasdruck zur Erzeugung von Luft- und/oder Gasblasen wird z. B. mit einem Kompressor erzeugt. Beispielsweise kann ein derartiger Kompressor von einem Installationsschiff umfasst sein. Derart ist .es ermöglicht, im Inneren der Gründung (z. B. im Pfahlinneren) die

Baugrundstruktur (z. B. Bodenstruktur) infolge aufsteigender Luft- und/oder Gasblasen derart zu entfestigen, dass ein vereinfachtes Einbringen der Gründung bzw. Eindringen der Gründung (z. B. Pfahl) in den Baugrund möglich ist.

Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Luft und/oder das Gas ferner im Inneren der Gründung appliziert wird.

Das Einblasen von Luft und/oder Gas bzw. die Mittel zum Einblasen von Luft und/oder Gasen erzeugt bzw. erzeugen beispielsweise Luft- und/oder Gasblasen, die insbesondere etwa 0,5 m oberhalb der Unterkante der Gründung und im inneren der Gründung, z. B. im Pfahlinneren für den Fall, dass die Gründung ein Pfahl ist.

Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Größe der Verflüssigungszone mittels eines Einblasens von Luft und/oder Gas mit erhöhtem oder verringertem Luft- und/oder Gasdruck an der Gründung verändert wird.

In Abhängigkeit der (absoluten) Tiefe, in der die Luft und/oder das Gas appliziert wird, muss beispielsweise ein erhöhter Luft- und/oder Gasdruck verwendet werden, um die Größe der Verflüssigungszone mittels eines Einblasens von Luft und/oder Gasen herbeiführen zu können. Dabei wird die Vergrößerung der Verflüssigungszone entweder mittelbar oder unmittelbar durch ein Einblasen von Luft und/oder (anderen) Gasen herbeigeführt.

Wird beispielsweise bei einer Wassertiefe von 30 mLAT (magnetic latitude) ein von der Gründung umfasster Pfahl 35 m in den Baugrund (z. B. Meeresboden) eingebracht herrscht z.

B. ein Wasserdruck entsprechend 65 m (entspricht 30m Wassertiefe zuzüglich 35m

Bodentiefe) Tiefe von ungefähr 6,5 bar, bzw. Bodendruck in 35 m Tiefe, von dem mittels der folgenden Formel ebenfalls auf einen herrschen Druck geschlossen werden kann: Bodentiefe 35 m * 20 kN/m ³ ungefähr 700 kN/m ² = 7 bar. Entsprechend ist in diesem Beispiel der Mindestluft- und/oder Gasdruck, der von den Mitteln zum Einblasen von Luft und/oder Gasen aufgebracht und über z. B. die vorstehend offenbarten Lanzen und/oder Schläuche appliziert wird, und anliegen sollte, bei deutlich über 7 bar einzustellen. Die Mittel zum Einblasen von Luft und/oder. Gasen erzeugen daher beispielsweise einen aufzubringenden (maximal) Luft- und/oder Gasdruck von bis zu 30 bar. Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Luft und/oder das Gas im Inneren der Gründung, und/oder an der Außenwand der Gründung eingeblasen wird.

Ein Applizieren bzw. Einblasen von Luft und/oder Gasen im Inneren der Gründung (z. B. ein von der Gründung umfasster Pfahl) bewirkt beispielsweise ein Entfestigen der Bodenstruktur, die durch das Eindringen der Gründung in den Baugrund im Inneren der Gründung ist, infolge aufsteigender Luft- und/oder Gasblasen. Dies führt zu einem erleichterten Einbringen der Gründung in den Baugrund. Alternativ oder zusätzlich kann ferner ein Applizieren bzw;

Einblasen von Luft und/oder Gasen an der Außenwand der Gründung (z. B. ein von der Gründung umfasster Pfahl) erfolgen, was ebenfalls bewirkt, dass beispielsweise die

Bodenstruktur, die durch das Eindringen der Gründung in den Baugrund an der Außenwand der Gründung vorliegt, infolge aufsteigender Luft- und/oder Gasblasen entfestigt wird.

Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass das Eindringen der Gründung in den Baugriirid während des Einbringens nicht unterbrochen wird. Im Gegensatz zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Variieren der (von der Gründung externen) Masse zum Verändern einer Eindringgeschwindigkeit, wobei es erforderlich ist, den Eindringprozess zu unterbrechen, ist es gegenständlich vorgesehen, den Eindringprozess nicht zu unterbrechen. Also nachdem einmal begonnen wurde die Gründung in den Baugrund ein zu vibrieren, wird erst gestoppt, wenn die Gründung die vorgesehene Endposition erreicht hat.

Um das Eindringen der Gründung in den Baugrund nicht zu unterbrechen, kann - wie bereits vorstehend offenbart, die Variation der wirkenden Masse der Gründung erfolgen.

Insbesondere sollte vermieden werden, die Vibrationseinrichtung zu deaktivieren und reaktivieren zu müssen. Der Gegenstand ermöglicht ein Verändern der wirkenden Masse der

Gründung ohne das Eindringen der Gründung in den Baugrund unterbrechen zu müssen.

Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass Mittel zur Erfassung des Eindringfortschritts vorgesehen sind, die erfassen, ob das Einbringen der Gründung verlangsamt wird, so dass in diesem Fall die wirkende Masse der Gründung erhöht und/oder die Verflüssigungszone vergrößert wird.

Zum Erfassen, ob das Einbringen der Gründung in den Baugrund in seiner Geschwindigkeit reduziert wird, können beispielsweise Mittel zur Erfassung von einem oder mehreren

Einbring-Parametern vorgesehen sein. Beispielsweise können Parameter wie Frequenz an der Gründung, Frequenz des Vibrators, Leistung, Temperatur, Wasserstand im Inneren der Gründung, Wasserstand an der Außenwand der Gründling, Durchflussgeschwindigkeit von Flüssigkeit (und/oder Fluid, und/oder Wasser) innerhalb der Mittel zur Wasserentnahme, um nur einige nicht-limitierende Beispiele zu nennen, erfasst werden. Entsprechend Mittel zur jeweiligen Erfassung können entsprechend vorgesehen sein, und deren erfasste

Informationen ferner zur Steuer- und/oder Regelung der Eindringgeschwindigkeit der Gründung ausgewertet werden. Ferner können Mittel zur Erfassung der Einbring-Parameter dazu ausgebildet sein, einen

Druck und/oder eine herrschende Reibung zwischen der Außenwand der Gründung und dem Baugrund zu erfassen. Dies können beispielsweise CPTs (Cone Penetration Test) sein, die z. B. mit definierter Steifigkeit mit der einzubringenden Gründung verbunden sind. CPTs ermöglichen eine Drucksondierung in einem Baugrund. Es versteht sich, dass auch andere Druckmess- und/oder Kraftmessmethoden wie etwa piezometrische oder

dehnungsabhängige Messmethoden möglich sind und sich als gegenständliche Mittel zur Erfassung der Einbring-Parameter nach vorstehend offenbarter Art eignen.

Dabei ist es gegenständlich beispielsweise vorgesehen, dass entweder gezielt die

Eindringgeschwindigkeit der Gründung in den Baugrund durch ein Verändern der Größe der Verflüssigungszone variiert wird, wobei dies während des Einbringens der Gründung geschieht. Ein Unterbrechen bzw. Stoppen des Eindringens der Gründung in den Baugrund geschieht nur bei Erreichen der vorgegebenen Endteufe bzw. Endtiefe. Anschließend kann optional die Gründung die letzten Meter bis zur Endtiefe z. B. eingeschlagen werden, um beispielsweise eine Bodenverfestigung bzw. Bodenverdichtung zu erzielen, falls dies möglich bzw. erforderlich ist. Dies kann eine erhöhte seitliche Tragfähigkeit der eingebrachten Gründung realisieren. Alternativ kann die Gründung mit (sehr) langsamer Geschwindigkeit diese letzten Meter einvibriert, oder kavitativ nachvibriert werden. Grundsätzlich lässt sich die Eindringgeschwindigkeit der Gründung über die Frequenz der Vibrationseinrichtung als auch über die wirksame Gewichtskraft der Gründung einstellen. Dies kann neben dem Verändern der Verflüssigungszone und/oder einem Abpumpen von Flüssigkeit ferner zum Steuern und/oder Regeln der Eindringgeschwindigkeit der Gründung berücksichtigt werden.

Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Eindringgeschwindigkeit der Gründung in den Baugrund der Gründung über lösbar mit der Gründung verbundene Mittel zum Verändern der Eindringgeschwindigkeit, insbesondere eine Pumpe und/oder ein Luft- und/oder Gasdruck erzeugender Kompressor verändert wird.

Eine weitere beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Mittel zum Verändern der Eindringgeschwindigkeit von einer

Trägervorrichtung (z. B. ein Trägergerüst) umfasst sind.

Die Mittel zum Verändern der Eindringgeschwindigkeit (z. B. die eine mehreren Lanzen Und/oder Schläuche) können beispielsweise zumindest temporär fest installiert sein. Nach der vollständigen Installation der Gründung können die eine oder mehreren Lanzen und/oder Schläuche entfernt werden, z. B. über ein Entfernen eines Trägergerüsts, dass die eine oder mehreren Lanzen und/oder Schläuche umfasst.

Das Verändern von applizierter Luft und/oder appliziertem Gas über eine Erhöhung oder Verringerung des Luft- und/oder Gasdrucks kann beispielsweise wie folgt realisiert sein: Zunächst wird während der Installation der Gründung - d.h. Einbringen der Gründung in den

Baugrund - ein Luft- und/oder Gasdruck aufgebracht, der z. B. mindestens größer als der Wasserdruck ist, und somit primär das Verstopfen der einen oder mehreren Lanzen und/oder Schläuchen z. B. mit Partikeln verhindern soll. Sofern der Installationsfortschritt der

Gründung abgebremst wird, d.h. die Eindringgeschwindigkeit der Gründung in den Baugrund hinein verlangsamt sich, so erfolgt z. B. eine erhöhte Liift- und/oder Gaszufuhr, so dass bestenfalls eine Verwirbelung im Inneren der Gründung erzeugt wird, so dass die

Verflüssigungszone vergrößert wird bzw. ist. Sofern die Lanzen und/oder Schläuche an einem Trägergerüst installiert sind, so kann das Gerüst z. B. am Flansch oder mittels Befestigungslaschen fest mit der Gründung (z. B. dem Pfahl) verbunden werden. Infolge des Installationsvorgangs beim Einvibrieren wird das Gerüst mit dem Pfahl kontinuierlich in den Boden eingebracht. Dabei ist der

Verstopfungsgefahr mit kontinuierlicher Luft- und/oder Gaszufuhr beispielsweise entgegen zu wirken, z. B. durch einen kontinuierlichen Luft- und/oder Gasdruck auf den Lanzen und/oder Schläuchen. Auch hier gilt dass bei einer Reduktion des Installationsfortschritts der Luft- und/oder Gasdruck stetig zu erhöhen ist um entsprechend entgegen zu wirken. Eine Obergrenze für die Menge einzubringender Luft und/oder Gasen wird lediglich durch die Kompressorleistung begrenzt.

Erreicht die Gründung (z. B. Pfahl) seine planmäßige Endtiefe, so kann unter Beibehaltung des Luft- und/oder Gasdrucks das Trägergerüst von der Gründung (z. B. vom Pfahl) gelöst und ggf. mit am Trägergerüst aufgebrachten Vibratoren gezogen werden. Der Luft- und/oder Gasdruck sollte hierbei erst abgestellt werden, sobald sich das gesamte Gerüst außerhalb des

Baugrunds (z. B. des Bodens) befindet. Somit kann die zum Entfernen des Trägergerüsts benötigte Zugkraft minimiert werden.

Wird die Gründung (z. B. der Pfahl) geschlagen installiert und weist einen unzureichenden Installationsfortschritt auf, so muss bei diesem Verfahren der Hammer, der zum Einschlagen verwendet wird, abgenommen werden und unter Druck bzw. mittels Meiner Vibratoren das Trägergerüst mit den Luft- und/oder Gasdrucklanzen unter Luft- und/oder

Gasbeaufschlagung in den Boden bis etwa 0,5 m oberhalb des Pfahlendes eingebracht werden. Auch hier ist anschließend der Luft- und/oder Gasdruck stark zu erhöhen, um den Boden im Pfahl aufzulockern. Abschließend kann das Trägergerüst wie vorstehend beschrieben, gelöst und gezogen werden.

Die Beaufschlagung der Lanzen und/oder Schläuchen mit Luft- und/oder Gasdruck zur Auflockerung des Bodens kann beispielsweise im letzten Fall über einen Zeitraum von mindestens 30 Minuten erreicht werden. Bei vibrierten Pfählen kann beispielsweise der Luft- und/oder Gasdruck mit reduzierter Pfahlinstallationsleistung sukzessive gesteigert werden.

Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Luft und/oder das Gas mit einem Luft- und/oder Gasdruck, der größer als der am in den Baugrund eindringenden Ende der Gründung herrschende Wasser- und/oder

Bodendruck ist, appliziert wird.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ferner durch Vorrichtung zum Einvibrieren von einer Gründung in einen Baugrund gelöst die dazu eingerichtet ist ein gegenständliches Verfahren nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung, wie vorstehend offenbart auszuführen und/oder zu steuern.

Eine derartige Vorrichtung zum Einvibrieren von einer Gründung in einen Baugrund, umfasst beispielsweise eine Vibrationseinrichtung zur Erzeugung von Schwingungen; Und Mittel zum

Verändern einer Verflüssigungszone, die den Baugrund der Gründung unmittelbar umgibt, und mittels derer die Eindringgeschwindigkeit der Gründung in den Baugrund Steuer- und/oder regelbar ist. In einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung ferner Mittel zum Pumpen von Flüssigkeit aus dem Inneren bzw. in das Innere der Gründung (z. B. eine oder mehrere Fluid/Flüssigkeits- Pumpen); Mittel zum Einblasen von Luft und/oder (anderen) Gasen (z. B. einen oder mehrere Kompressoren) an der Gründung (z. B. im Inneren der Gründung, wie einem Pfahl, und/oder an der Außenwand der Gründung, wie etwa dem Pfahl), Mittel zum Erfassen von Drücken an der Außenwand und/oder Innenseite der Gründung und/oder an dem in den Baugrund eindringenden Ende der Gründung; und/oder Mittel zum Erfassen der Reibung zwischen Außenwand der Gründung und dem Baugrund. In einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden

Erfindung ist die Vorrichtung für einen oder mehrere Pfähle, die von der Gründung umfasst sind, ausgebildet. Die gegenständliche Vorrichtung ist beispielsweise für ein Offshore- Bauwerk (wie etwa eine Windenergieanlage, eine Bohrinsel, eine Förderplattfbrm, eine Umspann- und/oder Forschungsplattform, eine Pipeline, oder eine Kombination hiervon, um nur einige nicht-limitierende Beispiele zu nennen). Die gegenständliche Vorrichtung ist beispielsweise für eine Gründung, die in den Meeresboden als Baugrund einzubringen ist.

Das gegenständliche Verfahren unterscheidet grundsätzlich nicht zwischen einer Offshore- Gründung und einer Onshore-Gründung. Weitere vorteilhafte beispielhafte Ausgestaltungen sind der folgenden detaillierten

Beschreibung einiger beispielhafter Ausführungsformen, insbesondere in Verbindung mit den Figuren, zu entnehmen. Die Figuren sollen jedoch nur dem Zwecke der Verdeutlichung, nicht aber zur Bestimmung des Schutzbereiches dienen. Die Figuren sind nicht maßstabsgetreu und sollen lediglich das allgemeine Konzept beispielhaft widerspiegeln. Insbesondere sollen Merkmale, die in.den Figuren enthalten sind, keineswegs als notwendiger Bestandteil erachtet werden. Kurze Beschreibung der Figuren

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Darstellung einer beispielhaften Ausgestaltung von einer gegenständlichen

Gründung, die in einen Baugrund mittels eines gegenständlichen Verfahrens einvibriert wird; und

Fig.2 eine Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung von einer

gegenständlichen Gründung, die in einen Baugrund mittels eines

gegenständlichen Verfahrens einvibriert wird. Detaillierte Beschreibung einiger beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung

Der vorliegende Gegenstand wird im Folgenden anhand von beispielhaften

Ausführungsformen beschrieben.

Fig. 1 illustriert eine Darstellung einer beispielhaften Ausgestaltung von einer

gegenständlichen Gründung, die in einen Baugrund mittels eines gegenständlichen Verfahrens einvibriertwird.

Die Gründung ist in Fig. 1 von einem Pfahl 1 repräsentiert, der von der Gründung umfasst ist, oder der die Gründung ist. Der Pfahl wird in einen Baugrund, vorliegend der Meeresboden MB eingebracht. Entsprechend ist die Gründung in Fig.1 für ein Offshore-Bauwerk, wie z. B. eine Windenergieanlage.

Das in den Meeresboden MB eindringende Ende 6 des Pfahls 1 umgebend ist die

Verflüssigungszone 2 dargestellt Unter Einleitung von Schwingungen, die z. B. mittels einer an der Gründung befestigten Vibrationseinrichtung (in Fig. 1 nicht dargestellt) erzeugt werden, entsteht unmittelbar um das in den Meeresboden MB eindringende Ende6 des Pfahls 1 eine Verflüssigung des Meeresbodens MB. Dies wird vorliegend als Verflüssigungszone 2 bezeichnet, wobei diese schraffiert und mit einer gestrichelten Linie umrandet dargestellt ist.

Innerhalb der Verflüssigungszone 2 wird der Meeresboden MB gelockert, indem die Struktur verursacht durch die erzeugten Schwingungen, die über den Pfahl 1 auf den Meeresboden MB übertragen werden, aufgeweicht wird. Die Auflockerung des Meeresbodens MB innerhalb der Verflüssigungszone 2 kann beispielsweise durch das Einblasen von Luft und/oder Gasen verstärkt werden. Hierdurch vergrößert sich die Verflüssigungszone 2, so dass der Pfahl 1 leichter in den Meeresboden MB eindringen kann. Ferner kann hiermit die

Eindringgeschwindigkeit des Pfahls 1 in den Meeresboden MB mittels eines Veränderns der Verflüssigungszone 2 gesteuert und/oder geregelt werden. Die Größe der Verflüssigungszone 2 wird vorliegend mittels eines Einblasens von Luft ermöglicht, wobei mit erhöhtem oder verringertem Luftdruck die Verflüssigungszone 2 bzw. deren Größe verändert wird. Das Einblasen von Luft erfolgt beispielsweise mittels eines Kompressors 9, der beispielsweise über einen Schlauch mit einer oder mehreren Luftlanzen 3 verbunden ist. Der Kompressor befindet sich beispielsweise auf einem Installationsschiff, das in Fig.1 nicht dargestellt ist. Die Luftlanzen ragen in den Pfahl 1 hinein, und sind an einem

Trägergerüst 8 angeordnet, dass lösbar wiederum an dem Pfahl 1 zumindest während des Einbringens des Pfahls 1 in den Meeresboden MB angeordnet ist. Nach dem Einbringen des Pfahls 1 in den Meeresboden MB kann das Trägergerüst 8 beispielsweise wieder entfernt werden. Die eine oder mehreren Luftianzen 3 ragen bis zu der in den Meeresboden MB eindringenden Pfahlspitze 6 bzw. bis etwa.0,5 m oberhalb der Pfahlunterkante 6.

Die erzeugte Luft wird über die eine oder mehreren Luftlanzen 3 oberhalb des eindringenden Endes 6 des Pfahls 1 appliziert, so dass insbesondere die Bodenstruktur im Pfahlinneren 4 infolge aufsteigender Luftblasen 7 entfestigt wird. Im Ergebnis ist ein vereinfachtes

Einbringen des Pfahls 1 möglich.

Ferner ist eine Pumpe 10 vorgesehen, mittels der Flüssigkeit insbesondere aus dem

Pfahlinneren 4 gepumpt werden kann. Das Trägergerüst 8 umfasst hierfür beispielsweise einen oder mehrere Rohre und/oder Schläuche, die analog zu der einen bzw. den mehreren Luftlanzen 3 in das Pfahlinnere 4 ragen, so dass Flüssigkeit und/oder Fluid aus dem

Pfahlinneren 4 gepumpt werden kann.

Fig. 2 zeigt eine weitere Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung von einer gegenständlichen Gründung, die in einen Baugrund mittels eines gegenständlichen Verfahrens einvibriert wird.

Im Gegensatz zu Fig. 1 ist das Trägergerüst 8, dass beispielsweise die eine oder mehreren Luftlanzen 3 umfasst, konzentrisch innerhalb des Pfahls 1 angeordnet. Das Trägergerüst 8 ist verfahrbar, insbesondere vertikal verfahrbar ausgestaltet so dass es ins Pfahlinnere 4 ein- und ausbringbar ist.

Die Pfahlspitze 6, die in den Meeresboden MB eindringt ist ferner derart ausgestaltet dass der Stofftransport von Baugrund (z. B. der Meeresboden MB) während des Eindringens des Pfahls 1 ins Pfahlinnere 4 unterstützt wird. Dies ist mittels der abgeschrägten Pfahlspitze 6 gegenüber einer (imaginären) Horizontalen ermöglicht.

An der Außenwand 5 des Pfahls 1 ist ferner eine Drucksonde 12 angeordnet Es versteht sich, dass neben den dargestellten Drucksonden 12 auch mehr oder weniger von derartigen Drucksonden 12 an der Außenwand 5 des Pfahls angeordnet sein können. Die Drucksonden 12 eignen sich zur Erfassung von Drücken und/oder Reibung, wie z. B. modifizierter CPTs, die fest (bzw. mit definierter Steifigkeit) mit dem einzubringenden Pfahl 1 verbunden sind.

Ferner sind die Drucksonden 12 mit Mitteln zur Erfassung der Eindringgeschwindigkeit verbunden, so dass die Mittel zur Erfassung der Eindriiiggeschwindigkeit beispielsweise Messdaten der Drucksonden 12 auswerten können.

Alternativ kann auch die Drucksonde 12 selber das Mittel zur Erfassung der

Eindringgeschwindigkeit umfassen oder dieses repräsentieren. Für den Fall, dass

beispielsweise der erfasste Druck zunimmt, kann angenommen werden, dass sich die Eindringgeschwindigkeit des Pfahls 1 in den Meeresboden verringert. Die Mittel zur Erfassung der Eindringgeschwindigkeit 11 können ferner ein oder mehrere Steuersignals, z. B. an die Pumpe 10 oder den Kompressor 9 senden, so dass beispielsweise Luft mit erhöhtem

Luftdruck über die eine oder mehreren Luftianzen 3 z. B. im Pfahlinheren 4, oder alternativ oder zusätzlich, an der Außenwand 5 des Pfahls 1 appliziert wird. Für letzteren Fall versteht es sich, dass die eine oder mehrere Luftlanzen 3 dann zur Außenwand 5 des Pfahls 1 Luft applizieren können müssen. Beispielsweise können eine oder mehrere Luftlanzen 3 an dem Trägergerüst 8 derart angeordnet sein, dass diese außenliegend an dem Pfahl 1 verlaufen. Dies ist in Fig. 2 jedoch nicht illustriert.

Für den Fall, dass die Mittel zur Erfassung der Eindringgeschwindigkeit 11 ein Steuersignal an die Pumpe 10 senden, kann beispielsweise Flüssigkeit aus dem Pfahlinneren 4: gepumpt werden. Für den Fall, dass der Flüssigkeits- bzw. Wasserpegel innerhalb des Pfahls 1 niedriger ist, als der Wasserspiegel W, erhöht sich die wirkende Masse des Pfahls 1, so dass die

Eindringgeschwindigkeit des Pfahls 1 in den Meeresboden MB vergrößert ist.

Luftlanzen sind nach der Installation des Pfahls wieder entfernbar, indem beispielsweise das Trägergerüst an dem die eine oder mehreren Luftlanzen angeordnet sind, entfernt wird.

Die in dieser Spezifikation beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und die diesbezüglich jeweils angeführten optionalen Merkmale und Eigenschaften sollen auch in allen Kombinationen miteinander offenbart verstanden werden. Insbesondere soll auch die Beschreibung eines von einem Ausführungsbeispiel umfassten Merkmals - sofern nicht explizit gegenteilig erklärt - vorliegend nicht so verstanden werden, dass das Merkmal für die Funktion des Ausführungsbeispiels unerlässlich oder wesentlich ist. Die Abfolge der in dieser Spezifikation geschilderten Verfahrensschritte in den einzelnen Ablaufdiagrammen ist nicht zwingend, alternative Abfolgen der Verfahrensschritte sind denkbar. Die

Verfahrensschritte können auf verschiedene Art und Weise implementiert werden, so ist eine Implementierung in Software (durch Programmanweisungen), Hardware oder eine

Kombination von beidem zur Implementierung der Verfahrensschritte denkbar.

In den Patentansprüchen verwendete Begriffe wie "umfassen", "aufweisen", "beinhalten", "enthalten" und dergleichen schließen weitere Elemente oder Schritte nicht aus. Unter die Formulierung _" zumindest teilweise" fallen sowohl der Fall„teilweise" als auch der Fall „vollständig". Die Formulierung„und/oder" soll dahingehend verstanden werden, dass sowohl die Alternative als auch die Kombination offenbart sein soll, also„A und/oder B" bedeutet„(A) oder (B) oder (A und B)". Die Verwendung des unbestimmten Artikels schließt eine Mehrzahl nicht aus. Eine einzelne Vorrichtung kann die Funktionen mehrerer in den Patentansprüchen genannten Einheiten bzw. Vorrichtungen ausführen. In den Patentansprüchen angegebene Bezugszeichen sind nicht als Beschränkungen der eingesetzten Mittel und Schritte anzusehen.

Bezugszeichenliste

1 Pfahl

2 Verflüssigungszone

3 Luft- und/oder Gaslanze

4 inneres des Pfahls

5 Außenwand des Pfahls

6 in Boden emdringendes Ende des Pfahls

7 Luft- und/oder Gasblasen

8 Trägergerüst

9 Kompressor

10 Pumpe

11 Mittel zur Erfassung einer Eindringgeschwindigkeit

12 Drucksonde

MB Meeresboden

W Wasserspiegel

V Verfahrbarkeit des Trägergerüsts