Einfluss des Baugrunds auf Offshore-Windenergieanlagen

In diesem Beitrag soll der Baugrund von Offshore-Windkraftanlagen behandelt werden, wobei hier wiederum nach Schwerkraftsgründungen einerseits und nach Pfahlgründungen andererseits unterschieden werden muss.

Bei Schwerkraftsgründungen dürfen die vom anstehenden Boden abhängigen, zulässigen Sohldruckspannungen grundsätzlich nicht überschritten werden. Da mit der Größe der Sohlfläche auch die Einwirktiefe der Bauwerksspannungen in der Größenordnung einer etwa ein- bis zweifachen Fundamentbreite zunimmt, können gering tragfähige bzw. belastbare Schichten in einer größeren Tiefe unter Umständen zu Problemen in Form von Setzungen oder auch Verkantungen führen.

Schwergewichtsgründungen benötigen im Allgemeinen eine gleichmäßige Auflagerung des Fundaments. Hierfür kann der Meeresboden entweder durch eine entsprechende Bettungsschicht in geeigneter Weise vorbereitet werden, oder aber es wird ein durch sogenannte Fundamentschürzen erzeugter Raum zwischen dem Schwergewichtsfundament und dem Meeresboden verpresst. Die Fundamentschürzen an der Unterseite des Fundaments dringen dabei beim Absenken nicht vollständig in den Baugrund ein und erzeugen dadurch auf diese Weise den benötigten Zwischenraum.

Bei den Pfahlgründungen, also sowohl bei Monopiles als auch bei Tripods, werden die anfallenden Gründungslasten demgegenüber in tieferliegende, tragfähige Schichten über die Mantelreibung, den Spitzenwiderstand und die horizontale Bettung abgetragen bzw. übertragen. Dabei ist die Art der Lasteinleitung im Wesentlichen von der Herstellungsart des Pfahls (zum Beispiel Anwendung eines Ortbeton- oder Rammpfahls), den Abmessungen des verwendeten Pfahls (zu berücksichtigen wäre in diesem Zusammenhang beispielsweise die Pfropfenbildung im bzw. am Pfahlfuß von Rammpfählen), vom Winkel zwischen Einwirkungsrichtung und Pfahlachse (in Abhängigkeit des Einsatzes eines Lot- oder Schrägpfahls) sowie vom Baugrund (bindiger oder nicht bindiger Boden) abhängig.

Je tragfähiger die oberen Bodenschichten sind, desto eher sind die oben in diesem Zusammenhang beschriebenen Schwergewichtsgründungen möglich. Je geringer allerdings die Tragfähigkeit der oberen Bodenschichten ist, wie zum Beispiel in Form locker gelagerter Sande, und je dicker diese Schichten sind, desto eher werden Pfahlgründungen denkbar bzw. vielmehr erforderlich. Die vorstehend gemachten Angaben gelten in diesem Kontext für Monopiles und Dreibeinkonstruktionen gleichermaßen (Literatur).