Geotechnisches Site Specific Assessment für Jack-Up-Schiffe von Offshore-Windparks

Bei der Errichtung der Fundamente und Turbinen von Offshore-Windparks kommen überwiegend Jack-Up-Schiffe zum Einsatz, die sich mit mechanisch oder hydraulisch bewegten Beinsystemen aus dem Wasser heben können und dadurch eine feste Arbeitsplattform bieten. Im Gegensatz zu schwimmenden Installationsschiffen erhöht die Bein-Boden-Interaktion die Komplexität der Operation. Dieses Risiko kann jedoch mit einer Untergrundanalyse und der Erstellung eines sogenannten “Site Specific Assessments” standortspezifisch analysiert und damit minimiert werden.
Nach der Beschreibung der einzelnen Phasen eines typischen Jacking-Vorgangs werden im Rahmen des Artikels die wesentlichen Aspekte der geotechnischen Komponente eines Site Specific Assessments dargestellt. Darauf aufbauend werden maßgebende Lastfälle zur Ermittlung der Beinkräfte benannt sowie die erforderlichen Baugrunduntersuchungen mit anschließender Parameterableitung erläutert. Die Ermittlung der Bodentragfähigkeit und die darauf basierende Prognose der Beineindringung nach unterschiedlichen Verfahren werden ausführlich beschrieben. Dabei wird auch der häufig bei komplexen Bodenverhältnissen auftretende Effekt des sogenannten “Punch-Through”, des möglichen Durchstanzens der Schiffsbeine, und dessen Auswirkung auf das Nachweisverfahren vorgestellt.
Am Beispiel realer Nordseestandorte werden alle erforderlichen Bemessungsschritte dargestellt. Dabei wird insbesondere auf die Ermittlung von Bemessungsbodenprofilen und die Berechnung der Last-Setzungs-Kurven für die Schiffsbeine eingegangen. Auf dieser Basis werden die während des obligatorischen Vorbelastungsprozesses erwarteten Beineindringungen prognostiziert und mit Messdaten verglichen. Am Vergleich von Vorhersage und Messung der Eindringung werden maßgebliche Einflussparameter sowie eine CPT-basierte Korrekturmethode aufgezeigt.

Geotechnical Site Specific Assessment for offshore-wind jack-up vessels.
Jack-up vessels are widely used for installation of foundations and turbines during the construction of offshore-windfarms. Equipped with moveable legs, these vessels are able to elevate their hull out of the water and provide a stable work platform. At the same time the leg-soil-interaction increases the complexity of the operation which is reflected in the requirement to perform site specific assessments at any jacking location. Subsequent to the description of the phases of a typical jacking operation the article outlines the main components of the geotechnical part of a site specific assessment. The governing load cases are introduced and an overview of the required soil investigations is given. In the following the focus is set on the determination of the bearing capacity and the derivation of related leg penetrations for the jack-up vessel. Phenomena like the “punch-through” and their effect on the process are explained. For a typical North Sea windfarm with non-cohesive soils the accuracy of the leg prediction is shown by comparison to measured data and the major influencing parameters are discussed. Finally, a CPT-based correction method for the capacity of the upper soil layers is introduced.