自升式平台船基腳於砂性海床貫入行為研究

自升式平台船為離岸風機設置普遍使用的大型船機具(圖1)，透過支撐基腳站立於海床，平台船身將抬升超過海平面，避免波浪侵襲，增加施工穩定性與作業時間。由於自升式平台船站立於極疏鬆砂土時可能發生基腳貫穿剪力破壞，造成貫入深度較大致使海事施工作業時間拉長甚至自升式平台船毀損，亦或是站立於緊密砂土時可能產生一般剪力破壞隆起影響周遭結構物穩定性，為避免上述問題需在自升式平台船施工前進行承載力與影響範圍評估。但現有規範如SNAME(2008)僅以淺基礎承載力公式評估支撐基腳貫入海床土壤承載力與深度，因此本研究以有限元素模型分析支撐基腳貫入與提腿期間周遭海床土壤行為，並搭配Coupled Eulerian-Lagrangian method(如圖2)解決支撐基腳貫入時土壤大變形(Large deformation)問題。

數值模型成果顯示，直徑5m支撐基腳貫入疏鬆砂土(ϕ'=31.2°) 、中等緊密砂土(ϕ'=34.6°)、緊密砂土(ϕ'=36°)時，由於發生一般剪力破壞因此皆有顯著地表隆起。當支撐基腳貫入疏鬆砂土(ϕ'=31.2°) 0.5B時，距支撐基腳中心0.75B至1.5B處發生隆起，隨著貫入深度到達2B時，距支撐基腳中心0.8B至2B處發生隆起，顯示貫入深度越深隆起區域越大，這現象在貫入中等緊密砂土(ϕ'=34.6°)、緊密砂土(ϕ'=36°)砂土同樣可以觀察到。此時比較相同貫入深度條件下，砂土緊密程度越高其隆起範圍明顯比緊密程度較低者大，且隆起區外側離支撐基腳中心距離較遠(即Rh,max增加)。(圖3)

 

圖1 自升式平台船施工流程[改繪至Houlsby(2014)]

 

圖2 三維有限元素法數值模型

 

圖3 支撐基腳貫入不同緊密程度砂土最大隆起半徑Rh,max

•	郭玉樹、許哲維、鄭子煇、許惠婷 (2017). “移動的海上工地,” 科學發展月刊, 540期, pp.68-73.
•	鄭子煇、張芥綺、郭玉樹(2016). “自升式平台船支撐基腳於改良海床穩定性評估,” 風電月刊, 2016年9月號, pp. 22-33.

•	郭玉樹、許惠婷、張倖偉、鄭子煇(2017). “離岸風場場址調查與環境評估-地質調查與評估技術” 105年能源科技學術研究計畫研討暨成果發表會, 台北, A-2.
•	鄭子煇、郭玉樹 (2016). “先導型離岸風場施工船支撐基腳承載力分析初探,” 第18屆水下技術研討會, 台南, C36-42.

•	鄭子煇 (2017)，「自升式平台船基腳於砂性海床貫入行為研究」，碩士論文，國立成功大學水利及海洋工程所，台南。