- 1 - Geotechnische Untersuchungen für Offshore-Windenergieanlagen in der deutschen Nord- und Ostsee

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1 - 1 - Geotechnische Untersuchungen für Offshore-Windenergieanlagen in der deutschen Nord- und Ostsee Dr.-Ing. Stefan Weihrauch Grundbauingenieure Steinfeld und Partner GbR, Hamburg Zusammenfassung Es werden die Anforderungen, die Planung sowie Art und Umfang der erforderlichen geotechnischen Untersuchungen unter Bezugnahme auf die maßgebenden deutschen Normen und auf internationale Regelwerke betrachtet. Anhand von aktuellen Projektbeispielen werden Praxiserfahrungen mitgeteilt. Abstract Requirement, planning as well as methods and amount of necessary soil investigations with respect to german rules and international offshore-standards are presented. Practical experience on the basis of recent projects is described. 1. Einleitung Die technische Planung und die Installation von Offshore-Windenergieanlagen (Offshore- WEA) stellen in vielerlei Hinsicht eine besondere Herausforderung dar. Zahlreiche Einzelaspekte bestimmen in ihrer Gesamtheit die Machbarkeit. Ein wesentlicher Aspekt ist die Gründung der Offshore-WEA. Die technische und wirtschaftliche Optimierung der Gründung setzt gesicherte Kenntnisse über die Baugrundverhältnisse am jeweiligen Standort voraus. Dies gilt nicht zuletzt auch in genehmigungsrechtlicher sowie in versicherungstechnischer Hinsicht. Art und Umfang der erforderlichen geotechnischen Untersuchungen für Offshore-WEA können generell aus den vorhandenen Normen des Bauwesens bzw. aus offshorespezifischen Regelwerken abgeleitet werden. Die besonderen Anforderungen, die sich aus typischen Unterschieden zwischen klassischen Offshore-Bauwerken und Offshore-WEA ergeben, sind in den vorhandenen Normen und Regelwerken bisher nicht umfassend berücksichtigt. Nachfolgend werden die Anforderungen, die Planung sowie Art und Umfang der erforderlichen geotechnischen Untersuchungen unter Bezugnahme auf die maßgebenden Normen und Regelwerke näher betrachtet.

2 Normen und Regelwerke Für das deutsche Bauwesen gilt generell die DIN Geotechnische Untersuchungen für bautechnische Zwecke in der z.z. gültigen Ausgabe von Oktober 1990 [1]. Der Anwendungsbereich der DIN 4020 erstreckt sich auch auf Offshore-Bauwerke und Großwindanlagen. Die Planung, Ausführung und Auswertung geotechnischer Untersuchungen für die in der deutschen Nord- und Ostsee geplanten Offshore-WEA sind daher unter Beachtung der DIN 4020 vorzunehmen. Für klassische Offshore-Bauwerke wie z.b. Öl- und Gasförderplattformen existieren verschiedene internationale Regelwerke, die Hinweise zu den geotechnischen Untersuchungen für diese Bauwerke enthalten [5, 6]. Klassische Offshore-Plattformen unterscheiden sich von Offshore-WEA z.b. in folgenden typischen Merkmalen: Klassische Offshore-Plattformen Einzelbauwerke standortabhängig unterschiedliche, z.t. sehr große Wassertiefen relativ geringe Bauwerkshöhe, tief liegender Schwerpunkt dynamische Belastungen überwiegend aus Wellenangriff, relativ geringer Windangriff, Eis (Ostsee) Offshore-WEA ausgedehnte Windparks mit zahlreichen Einzelanlagen Wassertiefen zumeist < 40 m relativ große Bauwerkshöhe, hoch liegender Schwerpunkt komplexe dynamische Belastungen aus Wind- und Wellenangriff sowie aus der Anlage selbst (Rotor), Eis (Ostsee) Tabelle 1: Typische Unterschiede zwischen klassischen Offshore-Plattformen und Offshore-WEA Im Regelwerk des Germanischen Lloyd (GL) werden Offshore-WEA daher bereits gesondert berücksichtigt [7]. Darin sind auch generelle Anforderungen an die geotechnischen Untersuchungen für Offshore-WEA enthalten. Die Klassifizierungsgesellschaft Det Norske Veritas (DNV) erarbeitet z.z. ein spezifisches Regelwerk für Offshore-WEA [8], das u.a. detaillierte Angaben zu den geotechnischen Untersuchungen enthält. Die Veröffentlichung ist für das Jahr 2004 angekündigt.

3 Veranlassung und Beauftragung der geotechnischen Untersuchungen Nach DIN 4020 [1] ist der Entwurfsverfasser (Planer) verpflichtet, die für den Bauwerksentwurf erforderlichen geotechnischen Untersuchungen rechtzeitig zu veranlassen bzw. den Bauherrn rechtzeitig auf die Notwendigkeit geotechnischer Untersuchungen hinzuweisen [2]. Der Bauherr (bzw. Anlagenbetreiber) hat die erforderlichen geotechnischen Untersuchungen nach DIN 4020 rechtzeitig zu beauftragen. Offshore-WEA sind aufgrund des hohen Schwierigkeitsgrades der Konstruktion in die geotechnische Kategorie 3 nach DIN 4020 einzustufen. Für die Planung, Überwachung und Auswertung der geotechnischen Untersuchungen ist daher ein Sachverständiger für Geotechnik einzuschalten und vom Bauherrn zu beauftragen. Bei Bauwerken der geotechnischen Kategorie 3 gemäß DIN 4020 sollte der Sachverständige für Geotechnik über vertiefte Kenntnisse und Erfahrungen auf dem betreffenden Fachgebiet verfügen [2]. Die vom Sachverständigen für Geotechnik im Zusammenhang mit der Planung und der Bauausführung zu erbringenden Leistungen sind in der DIN 4020 im einzelnen angegeben. 4. Planung der geotechnischen Untersuchungen 4.1 Allgemeine Anforderungen Bei der Planung der geotechnischen Untersuchungen für Offshore-WEA sind allgemein folgende Zielsetzungen zu berücksichtigen: - Minimierung des Baugrundrisikos - Grundlagenermittlung für die Planung, Ausschreibung und Bauausführung - Gewährleistung der Standsicherheit und der Gebrauchstauglichkeit - Wirtschaftliche Optimierung (Installation, Betrieb, Rückbau) Aus der Einstufung von Offshore-WEA in die geotechnische Kategorie 3 gemäß DIN 4020 ergibt sich eine Präzisierung der Anforderungen an die geotechnischen Untersuchungen, wobei generell zwischen Vor- und Hauptuntersuchungen zu unterscheiden ist. Voruntersuchungen dienen vorrangig als Entscheidungshilfe bei der Standortwahl und als Grundlage für die Vorplanung. Die Grundlagenermittlung für den Bauwerksentwurf, die Ausschreibung und die Bauausführung ist Gegenstand der Hauptuntersuchungen. Art und Umfang der geotechnischen Vor- und Hauptuntersuchungen werden in Abschnitt 5 näher erläutert. Übergeordnet ist ein schrittweises Vorgehen mit aufeinander aufbauenden Untersuchungsphasen sowie eine fortlaufende Anpassung an den Planungsprozeß in enger Abstimmung zwischen dem Sachverständigen für Geotechnik, dem Entwurfsverfasser (Planer) und dem Bauherrn bereits in der DIN 4020 verankert.

4 Standortspezifische Randbedingungen und Gründungskonzept Die generelle geologische Situation und die am Standort der geplanten Offshore-WEA vorhandene Wassertiefe sind durch entsprechende Voruntersuchungen frühzeitig zu erkunden (vgl. Abschnitt 5.1). Die technische und wirtschaftliche Machbarkeit verschiedener Gründungskonzepte ist insbesondere von der vorhandenen Wassertiefe abhängig (siehe nachfolgende Tabelle 2). Wassertiefe [ m ] Technisch und wirtschaftlich machbares Gründungskonzept 0 10 Schwergewichtsgründung 0 30 Monopile > 20 Tripod- / Jacket-Struktur > 50 (Verankerte Schwimmkörper) Tabelle 2: Machbare Gründungskonzepte in Abhängigkeit von der Wassertiefe; nach [8] Die an den vorgesehenen Standorten in der deutschen Nord- und Ostsee vorhandenen Wassertiefen liegen zwischen ca. 20 und 45 m [10]. Für die Gründung der geplanten Offshore-WEA kommen daher aus heutiger Sicht ausschließlich Pfahlgründungen in den Varianten - Monopile - Tripod-Struktur - Jacket-Struktur in Betracht. Die Planung der geotechnischen Untersuchungen ist hinsichtlich Art, Umfang und Erkundungstiefe darauf abzustimmen. 4.3 Berücksichtigung der Entwurfsplanung Aus der Entwurfsplanung für die nach Abschnitt 4.2 in Frage kommenden Gründungsstrukturen - Monopile/Tripod/Jacket - ergeben sich konkrete Anforderungen an die geotechnischen Untersuchungen. Die Bemessung axial und lateral belasteter Pfahlgründungen erfolgt in der Regel nach dem Verfahren des American Petroleum Institute (API) [6].

5 - 5 - Die bemessungsrelevanten bodenmechanischen Ansatzwerte (z.b. Scherfestigkeit) müssen bei der Planung der geotechnischen Untersuchungen besonders beachtet werden. Zyklische Belastungen auf die Gründungsstruktur aus dem Wind- und Wellenangriff werden bei der Bemessung bisher durch pauschale Abminderungen der statischen bzw. dynamischen Bodenkennwerte berücksichtigt. Die Bestimmung zyklischer Bodenkennwerte durch entsprechende Laborversuche ist zwar möglich, aber relativ aufwendig. Zudem fehlen z.z. noch ingenieurmäßig anwendbare Grundlagenkenntnisse und übertragbare Erfahrungswerte. Die Berücksichtigung der Auswirkungen zyklischer Belastungen auf die Gründungsstruktur sollte daher bereits bei der Planung der geotechnischen Untersuchungen zwischen dem Sachverständigen für Geotechnik und dem Entwurfs- bzw. Tragwerksplaner abgestimmt werden. Desweiteren müssen Aussagen zur Kolkgefahr und zum Risiko einer Bodenverflüssigung (Liquefaction) gemacht werden. 4.4 Anforderungen an die erforderlichen Laborversuche Zur Ermittlung der bemessungsrelevanten Bodenkennwerte (z.b. Scherfestigkeit) sind insbesondere für bindige Böden geeignete Laborversuche einzuplanen. Hierfür ist die Gewinnung von repräsentativen, d.h. möglichst ungestörten Bodenproben mit ausreichenden Probenabmessungen erforderlich. Hieraus ergeben sich besondere Anforderungen an das einzusetzende Bohrverfahren und die Art der Probenahme. Für die meisten bodenmechanischen Laborversuche existieren deutsche Normen (z.b. DIN 18137, Teil 1 bis 3 - Bestimmung der Scherfestigkeit). Darin sind die Anforderungen an die Probenqualität und an die Mindestabmessungen der Bodenproben spezifiziert. Standards für nicht genormte Laborversuche (z.b. Kompressionsversuch zur Bestimmung der einaxialen Zusammendrückbarkeit) sind in der einschlägigen Fachliteratur enthalten. Bei der Festlegung des geeigneten Bohrverfahrens zur Erzielung einer möglichst guten Probenqualität ist die DIN Aufschluß durch Schürfe und Bohrungen sowie Entnahme von Proben [3] zu beachten. Darin sind Bodenproben nach ihrer Qualität in 5 Güteklassen eingeteilt. Eine unveränderte Scherfestigkeit ist danach nur bei Bodenproben der Güteklasse 1 gewährleistet. In der Praxis ist die Gewinnung von Bodenproben der Güteklasse 1 nach DIN 4021 (insbesondere unter Offshore-Bedingungen) jedoch nur bedingt möglich. Hohe Güteklassen können entweder durch den Einsatz von Kernbohrverfahren oder durch die gezielte Entnahme von entsprechenden Sonderproben erreicht werden. Für den Einsatz in der deutschen Nord- und Ostsee hat sich das Verfahren der Rammkernbohrung nach DIN 4021 als Trockenbohrung mit durchgehender Bohrkernentnahme in PVC- Hülsen (Inlinern) bereits bei mehreren Einsätzen bewährt (siehe auch Abschnitte 6.1 und 6.2). Die Bohrung erfolgt mit konventionellem Bohrgerät auf einer Hubinsel als Arbeitsplattform.

6 - 6 - Die Möglichkeit der Entnahme von Sonderproben ist generell nicht an ein bestimmtes Bohrverfahren gebunden. Die aus der klassischen Offshore-Technik bekannten Bohrschiffe ermöglichen die Entnahme von gezielten Sonderproben auch bei sehr großen Wassertiefen, wobei die Bohrung selbst als Spülbohrung ohne Gewinnung von Bodenproben ausgeführt wird (siehe auch Abschnitt 6.3). Die erzielbare Güteklasse hängt neben dem Bohr- bzw. Entnahmeverfahren jedoch auch stark vom Probendurchmesser ab. Zur Gewinnung von Bohrkernen mit möglichst hoher Güteklasse muß der Bohrkern nach DIN 4021 generell einen Mindestdurchmesser von 80 mm aufweisen. Für die Entnahme von Sonderproben aus Bohrungen gilt diese Forderung sinngemäß. Bei den in der deutschen Nord- und Ostsee vorkommenden eiszeitlichen Geschiebeböden mit typischen Kieseinlagerungen ist die Probenqualität in besonderem Maße vom Probendurchmesser abhängig. Bereits relativ kleine Kieskörner können die Probenqualität im Hinblick auf die durchzuführenden Laborversuche erheblich beeinträchtigen. Ein Mindestdurchmesser von 100 mm sollte daher generell nicht unterschritten werden. 4.5 Berücksichtigung der Bauausführung Im Hinblick auf die Installation der vorgesehenen Gründungsstrukturen (Pfahlgründungen) gemäß Abschnitt 4.2 sind bei der Planung der geotechnischen Untersuchungen folgende Fragestellungen zu berücksichtigen: - Rammbarkeit der Pfähle - Notwendigkeit bzw. Anwendbarkeit von Einbringhilfen - Anwendbarkeit alternativer Einbringverfahren - Risiko von Baugrundhindernissen Zur Beurteilung der Rammbarkeit der Pfähle ist die Lagerungsdichte anstehender Sande durch Drucksondierungen nach DIN und die Festigkeit bindiger Bodenschichten durch Laborversuche an repräsentativen Bodenproben zu bestimmen. Das Risiko von Baugrundhindernissen in Form von Steinen oder Blöcken (Findlingen) ist aus der geologischen Situation und dem erkundeten Schichtenaufbau abzuleiten. Die Lokalisierung von Baugrundhindernissen durch geophysikalische Messungen ist abhängig von der Größe und der Tiefenlage der Hindernisse nur bedingt möglich.

7 Art und Umfang der geotechnischen Untersuchungen 5.1 Voruntersuchungen Im Rahmen der Voruntersuchungen sollten in Anlehnung an die DIN 4020 sowie unter Berücksichtigung der Regelwerke der internationalen Klassifizierungsgesellschaften [5-8] folgende Untersuchungen durchgeführt werden: - geologische Recherche - flächenhafte geophysikalische Erkundung des Meeresbodens (Relief, Hindernisse) - flächenhafte geophysikalische Vorerkundung der Baugrundschichtung - stichprobenartige Baugrunderkundung mittels Bohrungen und Drucksondierungen in einem groben Raster (1. Phase) Zur geophysikalischen Erkundung des Meeresbodens und zur Vorerkundung der Baugrundschichtung werden im Offshore-Bereich üblicherweise seismische Verfahren (Reflexionsseismik) eingesetzt [9]. Für die Interpretation der seismischen Messungen mit geophysikalischen Methoden durch den Geophysiker ist nach DIN 4020 eine Kalibrierung an den Ergebnissen direkter Baugrundaufschlüsse (Bohrungen) notwendig. Erfahrungsgemäß ist die geophysikalische Interpretation hinsichtlich der vorhandenen Baugrundschichtung - abhängig von der Anzahl der für die Kalibrierung verfügbaren Bohrungen - mit mehr oder weniger großen Unsicherheiten behaftet. Für die stichprobenartige Baugrunderkundung mittels Bohrungen und Drucksondierungen in einer 1. Phase wird in Anlehnung an den Entwurf des DNV Offshore Standards [8] vorgeschlagen, zunächst jeweils eine Bohrung und Drucksondierung in den Eckpunkten eines geplanten Windparkareals sowie eine weitere Bohrung und Drucksondierung in der Mitte des Gebietes auszuführen. Abhängig von der Größe des Gebietes kann es sinnvoll sein, das Erkundungsraster schon in der 1. Phase zu verdichten. Die einzelnen Drucksondierungen sollen jeweils dicht neben einer Bohrung angesetzt werden, um die Drucksondierergebnisse hinsichtlich der anstehenden Bodenarten anhand der Bohrergebnisse überprüfen zu können. Die Drucksondierung sollte der benachbarten Bohrung zeitlich vorauseilen, damit die Drucksondierergebnisse bei der Bohrung berücksichtigt werden können. Die Erkundungstiefe muß alle Bodenschichten erfassen, die durch das Bauwerk beansprucht werden. Bei Pfahlgründungen (Einzelpfähle) muß die Erkundungstiefe nach DIN 4020 mindestens 4 m bzw. den 3-fachen Pfahldurchmesser (der größere Wert ist maßgebend) unter die (vorab geschätzte) Pfahlfußebene reichen. Das Regelwerk der internationalen Klassifizierungsgesellschaften enthält vergleichbare Anforderungen an die Erkundungstiefe. Nach dem DNV Offshore Standard [5, 8] sollte die Erkundungstiefe mindestens der geschätzten Pfahleinbindetiefe zuzüglich der Einflußtiefe entsprechen. Die Erkundungstiefe ist so zu wählen, daß mögliche gering tragfähige Bodenschichten unterhalb der Pfahlfußebene die Standsicherheit bzw. die Gebrauchstauglichkeit der Gründungsstruktur und der gesamten Anlage nicht beeinträchtigen.

8 - 8 - Art und Umfang der Laborversuche sind unter Berücksichtigung der in Abschnitt 4 genannten Anforderungen festzulegen. 5.2 Hauptuntersuchungen Aufbauend auf den Ergebnissen der Voruntersuchungen sind die Baugrundeigenschaften im Rahmen der Hauptuntersuchungen bauwerksbezogen zu erkunden. Nach dem Entwurf des DNV Offshore Standards [8] ist für jede Gründungsstruktur mindestens eine Drucksondierung auszuführen. Abhängig von den angetroffenen Bodenschichten können zusätzliche Bohrungen bzw. mehr als eine Drucksondierung an jedem Standort erforderlich werden. Bei inhomogenem Baugrundaufbau oder bei lokal nur gering tragfähigen Bodenschichten wird z.b. für Tripod-Strukturen die Ausführung von einer Drucksondierung je Pfahl empfohlen. Für Jacket-Strukturen gilt diese Empfehlung sinngemäß. Drucksondierungen sind sehr gut geeignet, um die Lagerungsdichte anstehender Sande zu beurteilen. Aus den gemessenen Spitzenwiderständen kann die Scherfestigkeit über vorhandene Korrelationen abgeleitet werden. Zur Beurteilung der Eigenschaften bindiger Böden sind Drucksondierungen jedoch nur bedingt geeignet. Bei anstehenden bindigen Bodenschichten müssen daher zur sicheren Bestimmung der Bodenart und zur Ermittlung der Festigkeitseigenschaften repräsentative Bodenproben aus Bohrungen entnommen werden. Auf die Verfahren zur Gewinnung von Bodenproben hoher Güteklasse wurde bereits in Abschnitt 4.4 eingegangen. Die Ausführungen im vorangegangenen Abschnitt 5.1 zur Erkundungstiefe sowie zu Art und Umfang der Laborversuche sind für die Hauptuntersuchungen gleichermaßen zutreffend. 6. Projektbeispiele 6.1 Nordsee, Standort Borkum Riff Zur Baugrunderkundung für die Forschungsplattform FINO 1 am Standort Borkum Riff wurde im Oktober 2001 ein Baugrundaufschluß mit einer Bohrung und einer Drucksondierung ausgeführt. Die Wassertiefe am Standort Borkum Riff beträgt ca. 28 m. Zur Planung des Baugrundaufschlusses standen die Ergebnisse geophysikalischer Voruntersuchungen zur Verfügung. Als Arbeitsplattform für die Bohr- und Sondierarbeiten diente die Hubinsel "Annegret" der Firma F+Z Baugesellschaft mbh, Hamburg (siehe Fotos 1 und 2). Die Bohr- und Sondierarbeiten wurden von der Firma Harms Brunnenbau, Cuxhaven, in Zusammenarbeit mit der Firma Wiertsema & Partners bv, Tolbert/Niederlande, durchgeführt. Die Ausführung der Offshore-Baugrunderkundung wurde von den Grundbauingenieuren Steinfeld und Partner GbR, Hamburg, vor Ort überwacht.

9 - 9 - Foto 1: Hubinsel "Annegret" (F+Z Baugesellschaft) Foto 2: Konventionelles Bohrgerät im Einsatz auf der Hubinsel

10 Die Bohrung wurde mit konventionellem Bohrgerät als Rammkernbohrung (Trockenbohrung) nach DIN 4021 mit einem Bohrdurchmesser von 273 mm und mit gezielter Entnahme von Rammkernen in PVC-Hülsen (Inlinern) mit einem Durchmesser von 100 mm ausgeführt. Die Drucksondierung nach DIN erfolgte mit einer konventionellen Drucksonde von der Hubinsel aus. Die Bohrung und die Drucksondierung wurden abwechselnd Zug um Zug am selben Ansatzpunkt niedergebracht. In den direkt unter dem Meeresboden zu erwartenden Sanden wurde vorauseilend sondiert, um vorrangig die ungestörte Lagerungsdichte der Sande zu erkunden. Hier war die Gewinnung gestörter Bodenproben durch die nachfolgende Bohrung ausreichend. Um die Entnahme von ungestörten Bodenproben aus ggf. anstehenden bindigen Bodenschichten zu ermöglichen, wurden die gemessenen Sondierparameter (Spitzenwiderstand, lokale Mantelreibung und das Reibungsverhältnis) fortlaufend beobachtet und bewertet. Es war geplant, die vorauseilende Drucksondierung bei Antreffen bindiger Schichten zu unterbrechen, um dann vorrangig ungestörte Bodenproben zu gewinnen. Die Bodenproben wurden nach Abschluß der Offshore-Baugrunderkundung im Labor der Grundbauingenieure Steinfeld und Partner GbR, Hamburg, durch bodenmechanische Versuche weitergehend untersucht. Nach den Ergebnissen der v.g. Baugrunduntersuchungen besteht der Baugrund unterhalb des Bohr- und Sondieransatzpunktes bis zur Bohrendtiefe von rd. 32 m einheitlich aus Sand, stellenweise mit Schluffeinlagerungen. Nach den Drucksondierergebnissen ist der Sand überwiegend dicht und sehr dicht, stellenweise mitteldicht gelagert. Die Drucksondierung wurde in einer Tiefe von rd. 28,5 m unter Meeresboden im Bereich sehr dicht gelagerter Sande (Sondierspitzenwiderstand q c > 50 MN/m 2 ) beendet. Auf der Grundlage der v.g. Baugrunduntersuchungen wurde von den Grundbauingenieuren Steinfeld und Partner GbR, Hamburg, die Baugrundbeurteilung mit Angabe der statischen und dynamischen Bodenkennwerte zur Bemessung der geplanten Pfahlgründung (Varianten Monopile, Tripod und Jacket) sowie mit Hinweisen zur Rammbarkeit von Stahlrohrpfählen ausgearbeitet. 6.2 Nordsee, Standort westlich von Sylt Zur Baugrunderkundung für die Forschungsplattform FINO 2 westlich von Sylt (Wassertiefe ca. 25 m) wurden im Mai/Juni 2002 eine Bohrung und eine Drucksondierung ausgeführt. Aus Voruntersuchungen standen die Ergebnisse einer geophysikalischen Hinderniserkundung zur Verfügung. Als Arbeitsplattform für die Bohrarbeiten diente die Hubinsel "MEB-JB1" der Firma Muhibbah Marine Engineering (Deutschland) GmbH, Buchholz/Hamburg (siehe Foto 3).

11 Foto 3: Hubinsel "MEB - JB 1" (Muhibbah Marine Engineering) Die Bohr- und Sondierarbeiten wurden von der Firma Wilhelm Soltau Brunnenbau GmbH, Seevetal, in Zusammenarbeit mit der Firma Fugro Consult GmbH, Lilienthal, durchgeführt. Die Offshore-Arbeiten wurden von den Grundbauingenieuren Steinfeld und Partner GbR, Hamburg, vor Ort geotechnisch begleitet. Im Unterschied zur Arbeitsweise bei der Offshore-Baugrunderkundung für die Forschungsplattform FINO 1 am Standort Borkum Riff (vgl. Abschnitt 6.1) wurden die Bohrung und die Drucksondierung zeitgleich an lagemäßig versetzten Ansatzpunkten niedergebracht. Die Bohrung wurde mit konventionellem Bohrgerät als Rammkernbohrung (Trockenbohrung) nach DIN 4021 mit einem Bohrdurchmesser von 273 mm und mit durchgehender Gewinnung gekernter Bodenproben (PVC-Inliner) mit einem Kerndurchmesser von 100 mm ausgeführt. Die Drucksondierung nach DIN erfolgte mit dem sog. Ballastblock direkt vom Meeresboden aus.

12 Die Bodenproben wurden nach Abschluß der Offshore-Baugrunderkundung im Labor der Grundbauingenieure Steinfeld und Partner GbR, Hamburg, durch bodenmechanische Versuche weitergehend untersucht. Nach den Ergebnissen der v.g. Baugrunduntersuchungen besteht der Baugrund unterhalb des Bohr- und Sondieransatzpunktes bis zur Bohrendtiefe von rd. 30 m einheitlich aus Sand. Nach den Drucksondierergebnissen ist der Sand überwiegend sehr dicht, bereichsweise dicht und stellenweise mitteldicht gelagert. Die Drucksondierung wurde in einer Tiefe von rd. 29 m unter Meeresboden im Bereich sehr dicht gelagerter Sande (Sondierspitzenwiderstand q c > 50 MN/m 2 ) beendet. Zur Leistungsfähigkeit des unter Wasser eingesetzten Ballastblock-Systems ist anzumerken, daß ab einer Tiefe von ca. 11 m unter Meeresboden stellenweise extrem dicht gelagerter Sand mit gemessenen Sondierspitzenwiderständen von annähernd q c = 70 MN/m 2 erfolgreich durchfahren werden konnten. Für den Fall, daß die Drucksondierung vorzeitig abgebrochen werden müßte, bestand neben dem Neuansatz unter Wasser auch die Option, den Ballastblock auf der Hubinsel zu installieren und die Sondierung im Bohrloch fortzusetzen. Auf der Grundlage der v.g. Baugrunduntersuchungen wurde von den Grundbauingenieuren Steinfeld und Partner GbR, Hamburg, die Baugrundbeurteilung mit Angabe der statischen und dynamischen Bodenkennwerte zur Bemessung der geplanten Pfahlgründung (Varianten Monopile, Tripod und Jacket) sowie mit Hinweisen zur Rammbarkeit von Stahlrohrpfählen ausgearbeitet. 6.3 Nordsee, Standort nordwestlich von Helgoland Zur Baugrunderkundung für den geplanten Offshore-Windpark Meerwind nordwestlich von Helgoland wurden im April 2003 in einer ersten Erkundungsphase Baugrundaufschlüsse an insgesamt 10 Lokationen mit Wassertiefen zwischen ca. 22 m und ca. 29 m durchgeführt. Aus Voruntersuchungen standen die Ergebnisse geophysikalischer Messungen zur Verfügung. Mit der Offshore-Baugrunderkundung war die Firma Fugro Consult GmbH, Markkleeberg, beauftragt worden. Der Offshore-Einsatz wurde von den Grundbauingenieuren Steinfeld und Partner GbR, Hamburg, vor Ort geotechnisch begleitet. Im Unterschied zur Arbeitsweise bei den Offshore-Baugrunderkundungen an den Standorten Borkum Riff (vgl. Abschnitt 6.1) und westlich von Sylt (vgl. Abschnitt 6.2) wurde das Bohrschiff "Bucentaur" (siehe Foto 4) in Verbindung mit dem sog. Seaclam-System eingesetzt, das nachfolgend näher beschrieben wird.

13 Foto 4: Bohrschiff "Bucentaur" (Fugro) Das Seaclam-System (siehe Abb. 1) ermöglicht wahlweise die abschnittsweise Ausführung von Drucksondierungen bis maximal 3 m Tiefe je Abschnitt oder die Entnahme von Bodenproben mittels spezieller Entnahmestutzen aus dem mitgeführten Bohrstrang heraus. Abb. 1: Seaclam-System zur Ausführung von Drucksondierungen und zur Entnahme von Bodenproben (Fugro; aus [9])

14 Nach dem Absetzen des Seaclam-Systems auf dem Meeresgrund wird zunächst der Bohrstrang vom Bohrschiff aus durch eine trichterförmige Führung im Seaclam hindurchgeführt und in den Meeresboden eingebracht. Dem Fortschritt der vorauseilenden Drucksondierung bzw. der Entnahme von Bodenproben entsprechend wird der Bohrstrang mittels bentonitgestützter Spülbohrung abschnittsweise nachgeführt. Das Bohrschiff wird dabei durch gezielte Steuerung der Schiffsantriebe auf Position gehalten. Zur Ausführung der Drucksondierung bzw. zur Entnahme von Bodenproben wird die hydraulisch angetriebene Geräteeinheit innerhalb des Bohrstranges arretiert. Zur Entnahme von Bodenproben werden spezielle Entnahmestutzen (sog. Wipsampler bzw. Piston Sampler) von der Bohrlochsohle aus in den Boden eingepreßt und wieder herausgezogen. Durch den Einsatz von Kernfängern (beim Wipsampler) bzw. durch Vakuumbeaufschlagung (beim Piston Sampler) werden Probenverluste beim Herausziehen minimiert. Die Probendurchmesser liegen je nach verwendetem Entnahmestutzen zwischen 50 mm und 72 mm. Die maximale Probenlänge beträgt ca. 90 cm. Die gewonnenen Bodenproben werden im Labor des Bohrschiffes aus den Entnahmestutzen herausgedrückt und durch bodenmechanische Versuche weitergehend untersucht. Im Zuge der Baugrunderkundung für den geplanten Offshore-Windpark Meerwind wurden die gewonnenen Bodenproben nach dem Herausdrücken aus den Entnahmestutzen luftdicht und stoßgeschützt verpackt und zur Durchführung der bodenmechanischen Versuche ins Labor der Grundbauingenieure Steinfeld und Partner GbR, Hamburg, transportiert. Die Ergebnisse der durchgeführten Baugrundaufschlüsse und der Laboruntersuchungen lagen bei Redaktionsschluß für diesen Beitrag noch nicht vor. Auf der Grundlage der v.g. Baugrunduntersuchungen werden von den Grundbauingenieuren Steinfeld und Partner GbR, Hamburg, die Baugrundbeurteilung mit Angabe der bemessungsrelevanten statischen und dynamischen Bodenkennwerte für die geplante Pfahlgründung sowie Hinweise zur Einbringung der Gründungspfähle ausgearbeitet.

15 Normen, Regelwerke und Fachpublikationen [ 1 ] DIN Geotechnische Untersuchungen für bautechnische Zwecke; Ausgabe Oktober [ 2 ] E DIN Geotechnische Untersuchungen für bautechnische Zwecke; Entwurf August [ 3 ] DIN Aufschluß durch Schürfe und Bohrungen sowie Entnahme von Proben; Ausgabe Oktober [ 4 ] DIN Felduntersuchungen, Teil 1: Drucksondierungen; Ausgabe Juni [ 5 ] Det Norske Veritas (1992): DNV Classification Notes - No [ 6 ] American Petroleum Institute (2000): API Recommended Practice for Planning, Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms - Working Stress Design (RP 2A-WSD); 21 st Edition, December [ 7 ] Germanischer Lloyd (1998): GL - Rules and Regulations, IV - Non-Marine Technology, Part 2: Offshore Wind Energy Converters; Edition [ 8 ] Det Norske Veritas (2003): DNV Offshore Standard: Rules for Offshore Wind Turbine Structures; Draft March [ 9 ] Wiemann, J.; Lesny, K.; Richwien, W. (2002): Gründung von Offshore-Windenergieanlagen - Gründungskonzepte und geotechnische Grundlagen; Universität Essen, Mitteilungen aus dem Fachgebiet Grundbau und Bodenmechanik, Heft 29. [ 10 ] Mitzlaff, A.; Uecker, J. (2002): Gründungsstrukturen für Offshore-Windenergieanlagen; HANSA - Schiffahrt - Schiffbau - Hafen, 139. Jg., Nr. 11, S