Verfahren und Anlage zum Herstellen von Rüttelstopfsäulen auf dem Grund von Gewässern

Abstract

 Verfahren zum Herstellen von Rüttelstopfsäulen auf dem Grund von Gewässern, insbesondere in Offshore-Gebieten, wobei Sand vom Grund (15) des Gewässers verwendet wird,
wobei der Sand von seinem Feinkornanteil getrennt wird, und
wobei der behandelte Sand dann in Rüttelstopfsäulen (28) im Grund des Gewässers verbaut wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Rüttelstopfsäulen auf dem Grund von Gewässern, insbesondere in Offshore-Gebieten, sowie eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens.

[0002] Aus der DE 25 43 320 A1 ist ein Verfahren und eine Anlage zum Gründen eines Bauwerks am Meeresboden bekannt, bei dem Schüttgut, insbesondere Sand und Kies, in der Nähe des Bauwerks aus dem Meeresboden gewonnen und anschließend zu einer oder mehreren Gründungsstellen an dem Bauwerk gefördert wird. Hierbei wird das Schüttgut vor Erreichen der Gründungsstellen klassiert und im übrigen in Meeresbodennähe von einem Gewinnungsort bis zu der oder den Gründungsstellen gefördert. Als Gründungskörper sind hier ausschließlich Schüttungen vorgesehen.

[0003] Aus der DE 100 53 427 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Materialsäulen im Boden von Gewässern bekannt, bei welchem in den Boden einzubringendes Material wie beispielsweise Beton oder Kies mittels eines Tiefenrüttlers in den Boden eingebracht wird, wobei der Tiefenrüttler an einem Erdbaugerät angehängt ist, der auf einem Ponton auf der Wasseroberfläche schwimmt. Das Material muß in ein auf dem Ponton stehendes Materialreservoir eingebracht werden, d.h. also mit Wasserfahrzeugen an den Ponton herangeführt werden, was zum einen zu erheblichen Kosten führt und zum anderen bei stärkerem Wind oder stärkeren Wellengang zu Behinderungen bzw. Unterbrechungen bei der Anwendung des Verfahrens führen kann.

[0004] Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der zuletzt genannten Art bereitzustellen, das kostengünstiger als bekannte Verfahren ist und eine erhöhte Anwendungssicherheit unabhängig von der Wetterlage bietet. Die Lösung besteht in einem Verfahren zum Herstellen von Rüttelstopfsäulen auf dem Grund von Gewässern, insbesondere in Offshore-Gebieten, wobei Sand vom Grund des Gewässers verwendet wird, der Sand von seinem Feinkornanteil getrennt wird, und der behandelte Sand dann in Rüttelstopfsäulen am Grund des Gewässers verbaut wird. Als Feinkornanteil wird der Anteil mit Korngrößen kleiner gleich 0,06 mm verstanden. Vorzugsweise wird der Sand zum Behandeln über die Oberfläche des Gewässers verbracht.

[0005] Geeignetes Material für die Rüttelstopfsäulen, insbesondere Sand steht in den meisten Offshore-Gewässern zur Verfügung, so daß das Material selber kein Kostenfaktor darstellt sondern ausschließlich seine Förderung. Diese ist in der Form des reinen Absaugens vom Meeresboden deutlich günstiger als der Transport des Sandes mittels Wasserfahrzeugen von Land aus an die Stelle der Säulenerzeugung.

[0006] Der Einsatz der Saugvorrichtung ist hierbei auch noch bei Wetterlagen möglich, die ein Anlegen eines Wasserfahrzeuges an einen offshore schwimmenden Ponton nicht mehr zulassen würden.

[0007] Das erfindungsgemäße Trennen des Feinkornanteils von dem zu verbauenden Sand stellt die notwendige Verdichtbarkeit zur Herstellung der Sandsäulen sicher. Auch der Kostenanteil hierfür ist vernachlässigbar gering.

[0008] In bevorzugter Ausführung des Verfahrens werden zugleich mit dem Feinkornanteil auch eventuell vorhandene organische Verunreinigungen vom zu verbauenden Sand abgetrennt, wobei dies in einem einheitlichen Vorgang erfolgen kann. Bevorzugt sind hierbei Waschverfahren auf Rütteleinrichtungen oder dergleichen, gegebenenfalls auch Siebverfahren einzusetzen.

[0009] Die vom zu verbauenden Sand abgetrennte Anteile können in der Nähe der Entnahmestelle unter Berücksichtigung der Strömungsverhältnisse wieder in das Gewässer zurückgegeben werden. Bei Anwendung des Verfahrens in Ufernähe, insbesondere in Flüssen oder Kanälen, können die abgetrennten Anteile auch an Land deponiert werden.

[0010] Sobald der zu verbauende Sand in geeigneter Qualität bereitgestellt ist, kann sein Weitertransport zum Ort der Herstellung der Säulen erfolgen, vorzugsweise auf hydraulischem Wege, d.h. in einer Aufschwemmung mit Wasser, gegebenenfalls jedoch auch auf pneumatischem Wege.

[0011] Eine erfindungsgemäße Anlage zum Herstellen von Rüttelstopfsäulen auf dem Grund von Gewässern zur Durchführung des vorbezeichnetem Verfahrens umfaßt eine Sandhebevorrichtung zum Heben von Sand vom Grund des Gewässers, eine Sandbehandlungsvorrichtung zum Trennen des Sandes zumindest von seinem Feinkornanteil, an einen Sandsender zum Weitertransport des Sandes an die Stelle des Verbauens und einen Schleusenrüttler zum Herstellen der Rüttelstopfsäulen. Vorzugsweise ist der Schleusenrüttler an einem Bohrgestänge angebracht, an dessen oberen Ende die Aufgabeschleuse angeordnet ist. Es ist jedoch auch eine Verbindung des Tiefenrüttlers mit der Aufgabeschleuse über flexible Schlauchleitungen möglich.

[0012] Der Schleusenrüttler mit seiner Aufhängung kann auf einem gesonderten Wasserfahrzeug (Ponton) mit größerer Beweglichkeit angeordnet sein, während die übrigen Teile der miteinander dauernd verketteten Anlage nämlich Saugbagger, Sandbehandlungsanlage und Sandsender auf einem zweiten größeren Wasserfahrzeug (Ponton), das fest verankert ist, angeordnet sein könnten. Es ist aber auch eine / die Anordnung auf einem einzigen Wasserfahrzeug (Ponton) möglich. Der Schleusenrüttler kann an einem Kran aufgehängt sein oder an einem festem Gestell geführt sein.

[0013] Zu den bevorzugten Ausgestaltungen der Anlageteile wird auf die Ansprüche verwiesen.

[0014] Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachstehend beschrieben.

Figur 1 zeigt die verkettete Gesamtanlage für das erfindungsgemäße Verfahren in einem Vertikalschnitt;

Figur 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Schleusenrüttler als Einzelheit in einem Vertikalschnitt.

[0015] In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße verkettete Gesamtanlage 11 gezeigt, deren miteinander verkettete Anlagenteile auf zwei Wasserfahrzeugen 12, 13 angeordnet sind, die beide schwimmend an der Wasseroberfläche 14 liegen. Der Grund des Gewässers ist mit 15 bezeichnet. Auf dem ersten Wasserfahrzeug befindet sich ein Saugbagger 16, dessen Saugrohr 17 bis an den Grund 15 des Gewässers reicht und von diesem Sand im vorhandenen Zustand absaugt. Das genannte Saugrohr 17 kann flexibel oder teleskopierbar sein, um an die sich durch das Absaugen verändernde Tiefe des Grundes 15 ausgleichen zu können. Vom Saugbagger 16 wird der mit Wasser versetzte Sand über eine Leitung 18 hydraulisch zu einer Sandtrennvorrichtung 19 gefördert, in der bestimmte Teile vom Sand abgetrennt werden, nämlich der Feinkornanteil und gegebenenfalls organische Verunreinigungen. Diese werden über ein Spülrohr 20 mit Abstand zur Sandentnahmestelle wieder in das Gewässer zurückgeleitet. An der Entnahmestelle ist eine Bodenmulde 21 erkennbar, an der Rückführstelle der Trennanteile eine Aufschüttung 22. Der behandelte Sand wird über eine Leitung 23 hydraulisch weitertransportiert zu einem Sandsender 24, der im wesentlichen eine Pumpenanordnung für das Sand-Wasser-Gemisch darstellt. Von diesem Sandsender 24 wird über eine flexible Leitung 25, die vom ersten Schwimmfahrzeug 12 zum zweiten Schwimmfahrzeug 13 führt, ein Schleusenrüttler 26 versorgt, nämlich dessen Schleusenkammer.

[0016] Der Schleusenrüttler 26 ist absenkbar an einem Kran 27 angehängt, der auf dem zweiten Wasserfahrzeug 13 steht. Die hiermit gezeigt Art der Führung des Schleusenrüttlers 26 ist bei stärkeren Eigenbewegungen des Wasserfahrzeuggünstig. Der Wasseranteil des hydraulisch geförderten Sandes wird im Schleusenrüttler 26 noch im Bereich der obenliegenden Schleusenkammer abgetrennt. Unterhalb des Schleusenrüttlers 26 ist eine bereits teilweise fertiggestellte Rüttelstopfsäule 28 erkennbar, die beim Aufwärtsziehen des Schleusenrüttlers 26 unter Austritt von Sand nach vorherigem Einrütteln des Schleusenrüttlers 26 ohne Ausbringen von Sand entsteht. Das Ziehen des Schleusenrüttlers 26 erfolgt nach der Pilger-Schritt-Methode wobei nach einem größeren Schritt des Ziehens jeweils ein kleinerer Schritt des erneuten Einrüttelns zum Verdichten des ausgebrachten Sandes erfolgt.

[0017] In Figur 2 ist der Schleusenrüttler als vergrößerte Einzelheit gezeigt. Es sind hierbei die Zuführleitung 25 am oberen Ende sowie eine Wasserauslaßleitung 29 zu erkennen, die beide mit einer obenliegenden Aufgabekammer 30 verbunden sind. Die Auf gabekammer 30 hat einen ersten Verschluß 31 am oberen Ende und einen zweiten Verschluß 32 am unteren Ende. An die Aufgabekammer 30 oder Schleusenkammer schließt sich eine Druckkammer 33 mit einem sich anschließenden Druckrohr 34 an. Bei geöffnetem Verschluß 31 und geschlossenem Verschluß 32 kann in der Aufgabekammer 30 entwässerter Sand drucklos in die Schleusenkammer 30 eingeleitet werden. Danach wird der Verschluß 31 geschlossen und Druck auf die Druckkammer 33 und das Rohr 34 aufgegeben, so daß ein ausreichender Gegendruck zum Wasserdruck aufgebaut wird, wenn der untere Verschluß 32 geöffnet wird. Über den unteren Halbrohrabschnitt 36 wird dann Sand am Tiefenrüttler 37 vorbei zur unteren Auslaßöffnung 38 geführt. Der Tiefenrüttler ist über eine elastische Kupplung 35 an ein Rohrgestänge 39 angehängt. Er wird über einen innenliegenden Motor elektrisch drehend angetrieben, wobei im Tiefenrüttler 37 eine Unwuchtmasse gelagert ist, die die Rüttelbewegungen des Schleusenrüttlers erzeugt. Am oberen Ende des Schleusenrüttlers 26 ist eine Rolle 40 zu erkennen, über die das Tragseil des Krans läuft.

Bezugszeichenliste

[0018] 

11

Anlage

12

Wasserfahrzeug

13

Wasserfahrzeug

14

Wasseroberfläche

15

Grund

16

Saugheber

17

Saugrohr

18

Leitung

19

Sandbehandlungsvorrichtung

20

Spülrohr

21

Bodenmulde

22

Aufschüttung

23

Leitung

24

Sandsender

25

Leitung

26

Schleusenrüttler

27

Kran

28

Sandsäule

29

Auslaßleitung

30

Schleusenkammer

31

Schleuse

32

Schleuse

33

Druckkammer

34

Druckrohr

35

Kupplung

36

Halbrohr

37

Tiefenrüttler

38

Auslaßöffnung

39

Verlängerungsrohr

40

Rolle

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen von Rüttelstopfsäulen auf dem Grund von Gewässern, insbesondere in Offshore-Gebieten,
dadurch gekennzeichnet,
daß Sand vom Grund (15) des Gewässers verwendet wird,
daß der Sand von seinem Feinkornanteil getrennt wird, und
daß der behandelte Sand dann in Rüttelstopfsäulen (28) im Grund des Gewässers verbaut wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Sand, insbesondere gleichzeitig mit dem Feinkornanteil, von organischen Verunreinigungen getrennt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die vom Sand abgetrennten Anteile von Feinkorn und gegebenenfalls organischen Verunreinigungen entfernt von der Sandentnahmestelle (21) in das Gewässer zurückgegeben werden oder an Land deponiert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Trennen des Sandes von Feinkornanteilen und organischen Verunreinigungen in einem Waschverfahren erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Transport des Sandes nach dem Trennvorgang bis zum Ort des Verbauens hydraulisch erfolgt.

6. Anlage zum Herstellen von Rüttelstopfsäulen auf dem Grund von Gewässern, insbesondere in Offshore-Gebieten, umfassend
eine Sandhebevorrichtung (16) zum Heben von Sand vom Grund (15) des Gewässers,
eine Sandbehandlungsvorrichtung (19) zum Trennen des Sandes zumindest von seinem Feinkornanteil,
einen Sandsender (24) zum Weitertransport des Sandes bis zum Ort des Verbauens und
einen Schleusenrüttler (26) zum Herstellen der Rüttelstopfsäulen (28).

7. Anlage nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sandhebevorrichtung (16) eine Saugvorrichtung ist.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sandbehandlungsvorrichtung (19) eine Waschvorrichtung ist und/oder eine Siebvorrichtung ist.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Sandsender (24) eine hydraulische Fördervorrichtung ist.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schleusenrüttler (26) von einem Kran (27) oder einem festen Gestell geführt ist.

11. Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Teile (16, 19, 24, 26) der Anlage dauernd verkettet sind.

12. Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Teile (16, 19, 24, 27) der Anlage auf zumindest einem Wasserfahrzeug (12, 13) angeordnet sind.

Zeichnung