Installation und Tragverhalten von Bucketgründungen für Offshorebauwerke

Abstract

Eine Bucketgründung besteht aus einem oder bei aufgelösten Gründungsstrukturen aus mehreren oben geschlossenen Stahlzylindern, welche offshore mittels Abpumpen von Wasser und damit durch Realisierung eines Unterdrucks in den Baugrund bzw. Seeboden eingebracht werden. Diese Installationsmethode, derentwegen auch die Bezeichnung Suction Bucket für dieses Gründungselement verwendet wird, benötigt relativ wenig Aufwand und vermeidet Rammschallemissionen, weshalb die Bucketgründung eine interessante Alternative zu herkömmlichen Offshoregründungen mit Rammpfählen darstellt. Allerdings muss der Installationsvorgang genau berechnet und kontrolliert werden, um einen hydraulischen Grundbruch, Schalenbeulen oder unzulässige Schiefstellung zu vermeiden. Überdies bestehen hinsichtlich des Tragverhaltens von Bucketgründungen insbesondere unter transienten oder zyklischen Belastungen noch offene Fragen. In dem Aufsatz werden Methoden zur Prognose der Eindringwiderstände bei der Installation vorgestellt und beispielhaft für typische Baugrundverhältnisse in der deutschen Nordsee angewandt. Außerdem werden die spezifischen Anforderungen an das Tragverhalten von Bucketgründungen für Offshore‐Windenergieanlagen beschrieben und die diesbezüglichen Kenntnisse, aber auch die noch vorhandenen Kenntnislücken dargestellt. Abschließend werden die Grundzüge eines Dimensionierungskonzepts für Bucketgründungen von Offshore‐Windenergieanlagen vorgestellt und die diesbezüglich noch offenen Fragen diskutiert. Installation and bearing behaviour of bucket foundations for offshore structures A bucket foundation consists of one or, in case of a jacket or tripod structure, of three or four steel cylinders with a steel lid on top, which is installed offshore by pumping water and thus inducing underpressure below the lid. This installation method, which is the reason for the often used term 'suction bucket', is rather simple and avoids driving noise emissions. This makes it an interesting alternative to usual offshore foundations with driven piles instead of buckets. However, the installation process must be accurately calculated and controlled to avoid hydraulic failure, buckling and inadmissible rotations. Moreover, open questions regarding the bearing behavior of bucket foundations particularly under transient or cyclic loads exist. The paper firstly presents methods for the prediction of penetration resistances during installation and applies them exemplarily for typical soil conditions of the German North Sea. Secondly, the specific requirements on the behavior of buckets for offshore wind energy converter foundations are described and the respective state of knowledge is outlined. Finally, the basics of a general design concept for buckets as foundation elements of offshore wind energy converters are presented and open questions are discussed.

Açık Deniz Yapıları Kova Temel Sistemi Davranışı Üzerinde Tekrarlı Yük Frekansının Etkisi

“…Temel içinde mevcut boşluktaki suyun deşarj edilmesi esnasında zemin içindeki suyun da çekilmesi sözkonusu olmaktadır. Temelin dış çevresindeki suyun temelin içine doğru akışı kum zeminlerde genellikle yüksek hidrolik eğim ile gerçekleşir ve özellikle homojen kum zeminde borulanma olarak isimlendirdiğimiz olgunun meydana gelmesine neden olabilir [4]. Kritik deşarj basıncında temel ucundaki zeminin efektif gerilme değeri borulanma nedeniyle sıfır değerine ulaşarak zeminin yenilmesine neden olmaktadır ve bu nedenle temel kurulumu başarısızlıkla sonuçlanabilmektedir [5][6][7].…”

Numerische Untersuchungen zum Tragverhalten von Saugrohrgründungen unter zyklisch axialen Druckeinwirkungen

“…Er verursacht im Meeresboden eine Wasserströmung, die von außen in die Saugrohrgründung hinein verläuft. Diese Strömung kann im überwiegend sandigen Meeresboden bei zu großen hydraulischen Gradienten einen hydraulischen Grundbruch verursachen, der bis zum Scheitern des Installationsvorgangs führen kann [1–4].…”

Concrete Support Structures for Offshore Wind Turbines: Current Status, Challenges, and Future Trends

“…Water is then pumped out of the bucket, generating a vacuum below the lid, which causes the skirt to penetrate further into the seabed until the bucket lid comes to rest on it. Thus, the installation process for bucket foundations is quite simple and there is no noise or vibration emissions such as those associated with pile driving [55].…”