離岸風機套管基礎承載力分析方法

 

離岸風機套管基礎適用水深均為30~50公尺，因其樁徑較小，為我國海事工程自主施作可行性較高之基礎型式之一。對於套管式基礎(jacket　type foundation)等多樁基礎，受到海域環境引致之側向載重時，側向作用力透過上部結構傳遞至下方樁基礎時，將作用於海床基礎面之彎矩轉為各基樁之軸向作用力。當基樁受反覆軸向拉力時，隨著作用力次數增加，樁身摩擦力下降，導致極限拉拔力衰減，樁身軸向永久位移量亦隨之增加(圖1)。

 

圖1 套管式基礎示意圖

 

由於一般陸域基樁主要受軸向壓力；因此，對於基樁受反覆拉力下之行為研究成果甚少；現有較常用於分析基樁受反覆軸向拉力下承載力衰減之方法，主要為收集樁載重試驗成果所繪製之穩定性關係圖(Stability diagram)或稱互制關係圖(Interaction diagram)(圖2)。於穩定性關係圖中，僅能得到樁基礎受特定反覆拉力比條件下之容許作用力次數。穩定性關係圖中並沒有將土壤緊密程度及樁基礎尺寸等條件納入考量，且無法評估樁基礎受反覆拉力下之樁身位移量。

 

圖2 互制關係示意圖

 

本研究室透過室內土壤動態單剪試驗，評估樁周土壤受反覆剪力下之變形，並進行樁-土系統有限元素模型分析，模擬離岸風機套管樁基礎受反覆軸向作用力下的樁身摩擦衰減，以合理計算離岸風機套管基礎受不同拉力條件下之樁承載力衰減情形(圖3)，建立評估離岸風機基礎受軸向反覆作用力下之穩定性分析方法，以完備離岸風機基礎設計工具。

 

圖3 樁深受反覆作用力下樁陳承載力衰減示意圖

 

國內外期刊發表

•	郭玉樹、黃迪瑩、曾姿郡、林啓聖 (2014). “離岸風機套管式基礎地工設計考量,” 海洋及水下科技季刊, 103年12月號, Vol. 24, No. 4, pp.25-32.

 

國內外研討會發表

•	郭玉樹、Martin Achmus、曾玉修、鍾智印、Khalid Abdel-Rahman (2015). “互制關係圖應用於離岸風機套管基礎受反覆軸向拉力下之穩定性分析,” 第37屆海洋工程研討會, 台中, pp. 703-708.

畢業論文

•	曾玉修 (2016)，「套管樁基礎於軸向拉力下之變形行為」，碩士論文，國立成功大學水利及海洋工程所，台南。
•	黃迪瑩 (2014)，「無凝聚性土壤中樁基礎受軸向反覆拉力下之行為反應」，碩士論文，國立成功大學水利及海洋工程所，台南。