Gründungen für Kranstellflächen bei Windkraftanlagen
Der Weltmarkt für Windkraft boomt wie nie zuvor. Seit über 15 Jahren steigt die installierte Windenergieleistung in Europa mit jährlichen Raten von 17,5 %. Alleine in Deutschland wurden 2015 auf dem Festland 1.115 Windenergie-Anlagen mit einer Gesamtleistung von 3.536 Megawatt installiert. Auch für 2016 erwartet die Branche weiteres Wachstum auf hohem Niveau. Beim Bau derartiger Anlagen steht bei Planern und Ausführenden in diesem Zusammenhang immer wieder auch das Thema der Gründung der Kranstellflächen im Fokus, denn für die Aufbauphase ist eine ausreichend stabile Stellfläche für die teilweise über 500 Tonnen schweren Kräne unabdingbar. Gerade hier liegt aber ein Problem: Die vorgesehenen Standorte weisen oft extrem gering tragfähige Böden auf: Schluff, Geschiebelehm oder Torf sowie hohe Grundwasserstände, sind Untergrundverhältnisse, die bestimmte Gründungssysteme erforderlich machen, bevor überhaupt mit schwerem Gerät der eigentliche Aufbau der Windkraftanlage beginnen kann. Eine schnelle und wirtschaftliche Alternative zu den klassischen Bauweisen aus säulenartigen Lösungen bietet das System TensarTech Stratum der Firma Tensar International GmbH aus Bonn. Verschiedene Feldversuche haben gezeigt, wie leistungsfähig das aus dem Hause Tensar stammende Geogitter Tensartech Stratum auch unter extremen Einsatzbedingungen ist.
Bau einer Kranstellfläche mit Tensartech Stratum – einem dreidimensionalen, biegesteifem Gründungssystem aus Geogittern mit mineralischer Füllung.
Beim Aufbau einer Windkraftanlage entstehen auf der Kranstellfläche erhebliche Lasten zum einen durch den Kran selbst und zum anderen durch die zu hebenden Lasten. Die Anforderungen an die maximale Schiefstellung des Kranes sind jedoch extrem hoch und betragen zumeist nur wenige Zentimeter. Eine anforderungsgerechte Kranstellfläche ist daher von erheblicher Bedeutung, um über die Toleranz hinausgehende unterschiedliche Setzungen des Krans zu vermeiden, die ansonsten zu Ausfallzeiten und Bauverzögerungen führen würden. Die Anforderungen an Tragfähigkeit und Verdichtungsverhältnis sind hier in der Regel ein Verformungsmodul Ev2 von min. 100 MN/m² – ebenso ein Verdichtungsverhältnis Ev2/Ev1 von max. 2,3 oder 2,5. Darüber hinaus muss die Grundbruchsicherheit gegeben sein.
Biegesteifes Gründungssystem aus Geogittern mit mineralischer Füllung
Sehr gut erfüllen lassen sich diese Anforderungen mit dem System Tensartech Stratum – einem dreidimensionalen, biegesteifen Gründungssystem aus Geogittern mit mineralischer Füllung. Zur Bildung einer Zellenstruktur wird zunächst auf dem Planum ein bi- oder triaxiales Basisgitter ausgelegt und darauf einaxial gestreckte Geogitter (Quer- und Diagonalgitter) aus Polyethylen hoher Dichte (HDPE) vertikal aufgestellt. Dies geschieht händisch, ohne Zuhilfenahme von schweren Baugeräten. Mit Hilfe einer formschlüssigen Verbindung mittels Steckstäben wird eine offene, dreieckige Zellenstruktur geschaffen. Die einzelnen Zellen werden im Anschluss mit Schüttmaterial gefüllt und verdichtet. Auftretende Belastungen werden über das Zellensystem abgetragen und großflächig in den Untergrund eingeleitet. Durch die verbesserte Lastverteilung gegenüber mehrlagigen Geogitterlösungen bewirkt dieses System eine hervorragende Tragfähigkeit und Grundbruchsicherheit.
Praxiserfahrungen und Feldversuche liefern Beweis für hohe Leistungsfähigkeit
Den Beweis hierfür liefert das Unternehmen Tensar u.a. auch mit einer Reihe von Auswertungen von erfolgreich durchgeführten Maßnahmen und Feldversuchen: Zum einen wurden an mehr als 20 Kranstellflächen, bei denen Tensartech Stratum zum Einsatz kam, statische Plattendruckversuche durchgeführt. Die gemessenen Tragfähigkeiten ergaben Verformungsmoduli Ev2 zwischen 101 und 141 MN/m² – erfüllten also deutlich den geforderten Wert von 100 MN/m². Die entsprechenden Verdichtungsverhältnisse lagen zwischen 1,14 und 2,48. Auch diesbezüglich wurden die Anforderungen eingehalten.
Übernimmt den Aufbau einer Windkraftanlage: Der Enercon Terex CC9800 besitzt ein maximales Lastmoment von 27.000 mt, bei 30 m Radius und 800 t Superlift-Gegengewicht, maximale Anforderung an die Kranstellfläche.
Ein Belastungsversuch der besonderen Art wurde bei dem noch im Bau befindlichen Windpark Noordoostpolder in den Niederlanden durchgeführt. Hier entstehen bis 2017 insgesamt 86 neue Windkraftanlagen. Auch hier wurden bereits zahlreiche Kranstellflächen mit dem System Tensartech Stratum gegründet. Eine Finite-Elemente Berechnung hatte ergeben, dass sich die Stellflächen bei der ermittelten Belastung von 26t/m² innerhalb von 24 Stunden theoretisch um 32 mm setzen werden. Ein real durchgeführter Belastungsversuch mit 4 Betonplatten und einem entsprechenden Gewicht mit insgesamt 26 Tonnen je m² ergab jedoch lediglich eine Setzung von nur 4 mm.
Kran beim Aufstellen eines Windrades: Mit 132 m-Hauptausleger und 18 m-Verlängerung erreicht die Maschine eine Tragfähigkeit von 375 t und eine Hakenhöhe von 147 m.
Die durchgeführten Versuche und die Langzeiterfahrungen in der Praxis zeigen eindrucksvoll, dass die Anforderungen an das Zellensystem hinsichtlich Tragfähigkeit hervorragend erfüllt werden. Die spezielle Konstruktion von Tensartech Stratum führt dazu, dass entstehende Spreizkräfte über die Geogitter abgetragen werden und durch eine effiziente Lastverteilung auch auf extrem gering tragfähigen Untergründen eine sehr hohe Tragfähigkeit und Grundbruchsicherheit erzielt wird.
Viele Vorteile gegenüber säulenartigen Gründungsvarianten
Neben der Tragfähigkeit bietet das System aber noch weitere Vorteile: Durch die hohe Steifigkeit des eingebrachten Geogitters werden mögliche Gleitflächen tiefer bis in den tragfähigen Untergrund verlagert. Die Standsicherheit wird erhöht und die maximale Scherfestigkeit des Untergrundes mobilisiert. Auch die Kosten für derartige Projekte bleiben gut kalkulierbar, denn ein tieferer Eingriff in den Untergrund – so wie bei wie bei säulenartigen Gründungsvarianten – ist hier nicht erforderlich – das damit einhergehende Risiko unvorhersehbarer Überraschungen wird so erheblich minimiert. Die Rahmenbedingungen für eine Tragfähigkeitserhöhung des Untergrundes lassen sich damit besser einschätzen und kalkulieren. Last but not least sind Stellflächen, die mit dem Tensar-Geogitter errichtet werden kranunabhängig – auch dies ist ein großer Vorteil für alle Beteiligten, denn bei der Planung von Windenergieanlangen ist häufig vorab nicht bekannt, welche Art von Kran die Türme letztendlich aufstellen oder zukünftige Wartungsarbeiten durchführen wird.
Der statische Plattendruckversuch liefert einen Beweis für die Tragfähigkeit der mit Tensartech Stratum erstellten Kranstellflächen.
Belastungsversuch der besonderen Art am Windpark Noordoostpolder in den Niederlanden: Eine Finite-Elemente Berechnung hatte ergeben, dass die Stellflächen bei der ermittelten Belastung von 26t/m² innerhalb von 24 Stunden sich theoretisch um 32 mm setzen werden. Ein real durchgeführter Belastungsversuch, mit 4 Betonplatten und einem entsprechenden Gewicht mit insgesamt 26 Tonnen je m² ergab jedoch lediglich eine Setzung von 4 mm.
Fotos: Tensar International GmbH |
