打擊樁軸向摩擦阻抗分析

國家能源方針推行及綠能意識興起使我國離岸風場開發勢在必行，離岸風力發電機下部支撐結構物基礎型式選用與穩定性為離岸風場開發重要考量。臺灣離岸風場潛力開發場址水深約15公尺至50公尺，大口徑單樁及管架式基礎為目前離岸風場開發商主要採用之基礎型式。當離岸風機構件受到風、波、流等環境載重，作用於上部結構之側向力傳遞至下部樁基礎，樁基礎承受載重作用後激發樁周與樁底阻抗。管架式基礎分別於迎風面與背風面受軸向拉拔力及軸向壓力，軸向載重之樁基礎設計時，歐洲離岸風場開發常參考德國海洋事務局BSH (2015)之建議，採用現地動態樁載重試驗成果評估樁基礎軸向承載力。

我國海域樁載重試驗資料取得不易，本研究彙整既有之承載力評估方法，以彰化近海參考風場區位內之樁載重試驗成果作為案例，比較以各學者提出之承載力計算方法分析結果，評估適用於臺灣之樁基礎軸向承載力計算方法。經比較API分析法、CPT分析法、打樁動力公式之分析成果，以考量基樁打設過程之摩擦疲勞與土塞作用等打樁效應，ICP法[Jardine et al. (2005)]進行基樁承載力計算所得之結果，與現地動態樁載重試驗結果較相近；但本研究彙整之軸向承載力計算方法考量不同時間因素之影響，故以本研究分析成果難以建立一套可完整考量樁基礎自打擊貫入海床至離岸風場基樁除役之承載力計算方法

本研究以有限元素軟體ABAQUS建立樁－土互制系統數值模型，以徑向應力調整方法模擬打樁與時間效應對樁身摩擦阻抗之影響，校正樁身應力調整係數T值，得到合理之樁周土壤徑向應力及樁身摩擦力；同時提出模擬參數T與土壤特性對應關係，將有限元素樁－土互制模型所得之樁身阻抗以ICP法計算成果進行比對校正[Chow and Jardine (1998)、Jardine and Standing (2000)]，得到基樁安裝10天後之軸向承載力與樁周土壤應力分布情形。

本研究以8組不同樁長、樁徑及土壤性質進行樁身阻抗計算；海床土壤條件參考彰化近海離岸風場之中等緊密砂土、緊密砂土及非常緊密砂土給定，經參數分析結果顯示，樁徑對於數值模型之徑向應力調整方法參數T影響並不明顯，而徑向應力調整方法參數T受樁長及深度影響顯著。透過本研究建立之數值模型與考量不同時間效應的既有承載力計算方法比對後，可模擬考量不同時間下基樁周圍土壤應力隨深度變化。