วิศวกรรมโครงสร้างนอกชายฝั่งเบื้องต้น ตอนที่ 2/3

(Introduction to Offshore Structural Engineering)

K.Kurojjanawong

ลิ้งค์ไปตอนที่ 1/3 - http://blog.gooshared.com/view/140

ลิ้งค์ไปตอนที่ 2/3 - http://blog.gooshared.com/view/162

ลิ้งค์ไปตอนที่ 3/3 - http://blog.gooshared.com/view/163

ลิ้งค์ไปตอนรวม - https://kkurojjanawong.wordpress.com/2015/02/08/intro-offshore-structure/

4. แรงกระทำที่ต้องพิจารณา (Design Load)

สำหรับโครงสร้างในทะเลอย่างพวก offshore platform ความแม่นยำในการคำนวณน้ำหนักของโครงสร้างเป็นสิ่งที่สำคัญอย่างมาก ต้องมีการคำนวณที่มีความแม่นยำ แล้วก็มีที่มาที่ไป บางอย่างอาจจะต้องอาศัยการประมาณ ซึ่งต้องมาจาก วิศวกรผู้เชี่ยวชาญเรื่องน้ำหนักโดยเฉพาะ หรือที่เรียกว่า Weight Control Engineer (ให้เป็นความรู้ ถ้าใครทำมาเยอะๆ นี่ค่าตัวสูงลิบเลย เพราะกะแม่นมากจากประสบการณ์) ที่ต้องอาศัยประสบการณ์ในการทำงานมานานๆ ในการคาดเดาน้ำหนัก รวมไปถึงโอกาศที่น้ำหนักมันจะเพิ่มขึ้น (Weight Growth) ซึ่งต้องประมาณน้ำหนักในทุกช่วงการก่อนสร้าง การเคลื่อนย้าย การติดตั้ง รวมไปถึงช่วงใช้งาน

โดยปกติก่อนที่จะมีการเคลื่อนย้ายบนฝั่ง หรือที่เรียกว่า Loadout ต้องมีการชั่งน้ำหนักโครงสร้างก่อน (Weighing) เค้าก็จะใช้ การ Jacking บวกกับ Load Cell ถ้าโครงสร้างเล็กๆ เค้าก็สามารถที่จะยกขึ้นทั้งตัวเพื่อชั่งได้เลย แต่ถ้าโครงสร้างใหญ่ๆ เค้าอาจจะเลือกชั่งเป็นส่วนๆ ก่อนที่จะเอามาประกอบกันเนื่องจาก น้ำหนักอาจจะสูงมาก จนไม่มีอุปกรณ์ที่จะชั่งมันได้ หรือต้องลงทุนเช่าอุปกรณ์ที่สูงเกินไปจนไม่คุ้ม โดยมากน้ำหนักที่ได้จากการ Weighing ก็มักจะผิดพลาดไม่เกิน 1% เปรียบเทียบการ Weight Control Report ที่มักจะผิดพลาดไม่เกิน 3%

รูปที่ 10 Jacking and Weighing of Arkutun Dagi Topsides 42,780MT – World Record of Heaviest Jacking Structure

4.1 แรงกระทำจากน้ำหนักแนวดิ่ง (Gravity Load)

สำหรับการออกแบบโครงสร้าง จำเป็นต้องมีการประมาณน้ำหนักแนวดิ่ง ซึ่งก็จะมีทั้งน้ำหนักตายตัว (Permanent Load) และ น้ำหนักไม่คงที่ (Variable Load) น้ำหนักตายตัวคือน้ำหนักที่จะมีค่าคงที่ มีตำแหน่งและทิศทางแน่นอน ไม่มีการเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาเปลี่ยนไป ตัวอย่างเช่น

• น้ำหนักของโครงสร้างส่วนบน (Topside Dead Weight) ซึ่งก็จะมี น้ำหนักของตัวโครงสร้างเอง น้ำหนักของอุปกรณ์ น้ำหนักของท่อส่งน้ำมันและแก๊ส น้ำหนักของตัวอาคารและห้องที่อยู่บนโครงสร้าง
• น้ำหนักของโครงสร้างส่วนล่าง (Substructure Dead Weight) ซึ่งก็จะมี น้ำหนักของตัวโครงสร้างเอง น้ำหนักของตัวเสียประจุ (Anode) น้ำหนักของฐานรากชั่วคราว (Mudmat) เป็นต้น
• แรงดันน้ำสถิตศาสตร์ (Hydrostatic Pressure) เป็นแรงดันน้ำที่เกิดขึ้นเสมอต่อโครงสร้างใต้น้ำ
• น้ำหนักน้ำแบบคงที่ ที่ใช่ถ่วงโครงสร้าง (Permanent Ballast) เพื่อสร้างความเสถียรให้โครงสร้าง

น้ำหนักไม่คงที่ (Variable Loads) ส่วนใหญ่เกิดในช่วงใช้งาน จะมีค่าแล้วก็ทิศทางเปลี่ยนแปลงได้เมื่อเวลาเปลี่ยนไป อย่างเช่น

• น้ำหนักของเหลวที่อยู่ในอุปกรณ์ หรือ ท่อ
• น้ำหนักหัวเจาะ หรือ น้ำหนักของที่เกิดช่วงใช้งานเครน
• น้ำหนักหัน และ น้ำหนัก helicopter
• น้ำหนักน้ำแบบไม่คงที่ ที่ใช้ถ่วงโครงสร้าง (Variable Ballast)

4.2 แรงกระทำจากสิ่งแวดล้อม (Environmental Load)

แรงกระทำที่ถือเป็นเรื่องที่ท้าทายวิศวกรโครงสร้างมากที่สุดก็คือแรงกระทำจากสิ่งแวดล้อม ซึ่งมักจะเป็นแรงที่ควบคุมระบบโครงสร้างทั้งหมด ซึ่งก็ได้แก่ แรงจาก คลื่น กระแสน้ำ ลม แล้วก็แรงแผ่นดินไหว ในบางพื้นที่ อาจจะมีแรงจาก หิมะ น้ำแข็งที่เกาะบนโครงสร้าง หรือ แม้กระทั่งแรงจาก ธารน้ำแข็งที่ คอยกระแทกโครงสร้าง

นอกจากนั้นผลจากคลื่นและกระแสน้ำยังทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในแรงดันน้ำสถิตศาสตร์ (Hydrostatic Pressure) เนื่องจากระดับน้ำจะเปลี่ยนแปลงไปตลอดเวลา ซึ่งจำเป็นต้องคำนึงถึงในการออกแบบอีกด้วย

Marine Growth หรือ เพรียงทะเล (ไม่รู้ผมใช้คำถูกมั้ยนะ) รวมไปถึงผลของการยุบตัวของพื้นทะเล ยังทำให้เกิดแรงกระทำที่เพิ่มมากขึ้นบนโครงสร้าง เนื่องจาก Marine growth จะเข้าไปเกาะที่โครงสร้างทำให้ พื้นที่รับแรงสูงขึ้น ในขณะที่ การยุบตัวของพื้นทะเลทำให้ระดับความลึกของน้ำสูงขึ้น ซึ่งจำเป็นต้องพิจารณาในการออกแบบอีกด้วย

สำหรับการออกแบบโครงสร้างในทะเล ในที่นี้ของกล่าวถึงโครงสร้างที่อยู่บริเวณ น่านน้ำ แถวๆ เอเชียตะวันออกเฉียงใต้เป็นหลัก แรงกระทำจากสิ่งแวดล้อมจะคำนวณโดยใช้หลักสถิติ ซึ่งโดยมากจะใช้ที่ Annual Probability of Exceedance เท่ากับ 10^-2 หรือ ก็เทียบได้กับอัตราการเกิดซ้ำ (Return Period) ที่ 100ปี คือ เป็นคลื่นที่มีโอกาส 1 ครั้งในรอบ 100ปี ในกรณีที่แรงกระทำจากโครงสร้างมีความซับซ้อน หรือยากในการประมาณด้วยทฤษฏี อาจจะมีความจำเป็นต้องมีการจำลองโครงสร้างแล้วทำการทดสอบ อย่างเช่น Hydrodynamic Model Test หรือ Wind Model Test หรือ มีการติดตั้งอุปกรณ์วัดจากโครงสร้างที่อยู่ใกล้เคียง แล้วทำการแปลข้อมูลออกมาเทียบกับทฤษฏี

รูปที่ 11 Draupner S and Draupner E Platfrom ที่มีการติดตั้งเซนเซอร์วัดความสูงคลื่น ทำให้สามารถวัด Rouge Wave สูงถึง 28ม ได้เป็นครั้งแรก เมื่อวันที่ 1 มค 1995 เรียกคลื่นนี้ว่า New Year Wave

ในช่วงการติดตั้งโครงสร้าง โดยปกติมักมีการกำหนดค่าสูงสุดของสภาพแวดล้อมที่จะสามารถติดตั้งได้ อย่างเช่น Maximum Wave Height อย่างไรก็ดี การที่กำหนดค่า Operational Requirement ต่ำเกินไป อาจจะเป็นผลดีต่อการออกแบบโครงสร้างเนื่องจากโครงสร้างรับแรงกระทำที่น้อยลง แต่จะเป็นการเพิ่มค่าใช้จ่ายในการติดตั้งเนื่องจาก Installation Team จำเป็นต้องรอให้อากาศเปิด หรือ ทะเลสงบ ลง จึงถึงทำการติดตั้งแต่ จำเป็นต้องมีการจอดเรือรอกลางทะเลนานกว่าที่ควรจะเป็น ทำให้เพิ่มค่าใช้จ่ายในส่วนนี้ ดังนั้นวิศวกรจำควรต้องหาจุดสมดุลระหว่าง Fabrication, Engineering and Installation Cost เพื่อให้เป็นการออกแบบที่ประหยัด ติดตั้งง่าย และราคาไม่สูงจนเกินไป

4.3 แรงกระทำจากการเคลื่อนตัว (Deformation)

แรงที่เกิดจากการเคลื่อนตัวเนื่องจากฐานรากทรุดตัว (Settlement) หรืออาจจะความขรุขระของฐานราก (Unevenness) ซึ่งอาจจะเกิดได้ทั้งในช่วงการก่อสร้าง การใช้งาน การติดตั้ง หรือ การเคลื่อนย้าย ซึ่งรวมไปถึงผลจาก อุหภูมิที่เปลี่ยนแปลงทำให้เกิดการยืดหดตัวของโครงสร้าง ในบริเวณอุณหภูมิในตอนกลางวันและกลางคืน อาจะแตกต่างกันหลายสิบองศาในแต่ละวัน ทำให้เกิดการยืดหดตัวของโครงสร้างซึ่งอาจจะนำมาซึ่งความเสียหายได้ทั้งในแง่กำลังและความล้าของโครงสร้าง ในบางครั้งที่มีการเคลื่อนตัวสูงๆ อย่างเช่นช่วงขนย้าย หรือช่วงที่อยู่บนเรือ อาจจะมีความจำเป็นที่จะต้องถอดจุดต่อบางจุดออก เพื่อลดแรงกระทำ อย่างเช่นในพวก Flange connection ของท่อส่งที่อยู่บนโครงสร้าง

4.4 แรงกระทำจากอุบัติเหตุ (Accidental Load)

แรงกระทำจากอุบัติเหตุ (Accidental Load) เป็นแรงลักษณะพิเศษ ซึ่งมักไม่พบในโครงสร้างที่อยู่บนฝั่งทั่วๆ ไป อาจจะเกิดจาก การระเบิดของอุปกรณ์บนแท่น เกิดประกายไฟ จนนำไปซึ่งการเกิด Jet Fire, Pool Fire หรือ Blasting หรืออาจจะเกิดจากเครนยกของแล้วหล่นใส่โครงสร้าง (Drop Object) อุบัติเหตุของเฮลิคอปเตอร์จนตกกระแทก (Helicopter Crash) โครงสร้าง เรือพุ่งเข้าชน (Vessel Impact) หรืออาจจะเกิดจากแท้งค์ควบคุมระบบน้ำเพื่อสร้างเสถียรภาพเสียหาย (Accidental Flooding of Compartment) โดยส่วนใหญ่โครงสร้างจะต้องออกแบบให้รับแรงประเภทนี้ให้ได้ด้วย Annual Probability of Occurrence อย่างต่ำ 10^-4 หรือ Return Period ที่ 10000ปี

5. การจำลองโครงสร้างและการวิเคราะห์ (Computer Modeling and Analyses)

การจำลองโครงสร้างและวิเคราะห์โครงสร้างในทะเล โดยปกติวิธี Linear Elastic Finite Element Analysis (FEA) แบบ 2-Nodes Beam Elements ก็เพียงพอที่จะสามารถประมาณพฤติกรรมโครงสร้างในภาพรวมได้แล้ว สามารถที่จะนำแรงภายในโครงสร้างมาออกแบบตามข้อกำหนดต่างๆ ให้มีความปลอดภัยอย่างเพียงพอ

Commercial Program ในปัจจุบัน สามารถจะออกแบบให้โดยอัตโนมัติ ไม่ว่าจะเป็นการเช็ค Stress Level, Global or Local Buckling, Punching Shear โดยสามารถเลือกออกแบบตามข้อกำหนดต่างๆ ตามความเหมาะสม หรือ ตามความต้องการของลูกค้า อย่างไรก็ดี ในบ้างจุดที่ต้องพิจารณาเป็นพิเศษอย่างเช่น Lift Point, Pile Cluster, Hull บางครั้งจำเป็น ต้องใช้ FEA method โดยใช้ Shell Element

การเคลื่อนตัวและการสั่นของโครงสร้างจำเป็นต้องกำหนดให้อยู่ในช่วงความปลอดภัยตามมาคราฐาน แรงที่กระทำที่ฐานรากจำเป็นต้องนำเช็คกับกำลังรับแรงแบกทานในช่วงติดตั้ง หรือ กำลังรับแรงของเสาเข็มในช่วงใช้งาน

ในการออกแบบช่วงติดตั้ง (Temporary Phase) Support reaction หรือ แรงกระทำที่จุดรองรับมีความสำคัญมาก เนื่องจากจะถูกควบคุมโดยกำลังของฐานรองรับ (Temporary Support), พื้นของสถานที่ก่อสร้าง (Yard Ground Capacity), กำลังของรางเลื่อน (Skid Way) กำลังรับแรงของเรือ Sea-fastening

ในการออกแบบโครงสร้างแบบลอยน้ำ (TLP, Semi-submersible) ในช่วงต้นๆ เช่น conceptual design สามารถใช้ Beam element ในการออกแบบเบื้องต้นในการ Sizing ขนาดได้ อย่างไรก็ดี PlateShell element มักจะนิยมเมื่อทำการออกแบบรายละเอียด โครงสร้างแบบนี้จำเป็นต้องมีวิศวกรด้านเรือ (Naval Architect) เข้ามาเกี่ยวข้องด้วย โดยแรงที่กระทำ (Hydrodynamic Loading) พวก Interfaces Structure (Mooring, Riser, Tethers) หรือแม้กระทั่งรูปร่างหน้าตาโดยรวมของโครงสร้าง มักจะออกแบบหรือกำหนดโดย Naval Architect และใช้ Software ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับงานประเภทนี้ ส่วนโครงสร้างย่อยๆ จะทำการออกแบบโดย Structural Engineer โดยนำแรงที่คำนวณโดย Naval Architect มาใช้เป็นข้อมูลกับโปรแกรมวิเคราะห์โครงสร้างทั่วๆ ไป เนื่องจากโครงสร้างเป็นแบบลอยน้ำ จำเป็นต้องมีการใส่ Soft Spring Boundary ให้โครงสร้างเพื่อสร้างเสถียรภาพในการคำนวณ ซึ่งถ้ามีการใส่ในปริมาณที่เหมาะสมก็จะไม่มีผลต่อค่าที่ได้จากการคำนวณเนื่องจากโครงสร้างจะสมดุลในทุกๆ ช่วงเวลา

ในจุดที่เป็นจุดสำคัญ หรือมีความซับซ้อนมากกว่า Global Model จะสามารถทำนายพฤติกรรมได้ จำเป็นต้องมีความเลือกออกมาวิเคราะห์แยกเป็นจุดๆ ไป อย่างเช่น จุดต่อระหว่าง  Pile Sleeve กับ Jacket Leg หรือ ระหว่าง Pontoon กับ Column ของ TLP, Semi-submersible หรือ Spar

โดยปกติ Static Analysis จะเหมาะสมสำหรับโครงสร้างที่ Dynamic Insensitive หรือ ผลของ Dynamic มีไม่มากเมื่อเทียบกับ Static โครงสร้างลักษณะนี้การวิเคราะห์ แบบ Static Analysis ที่มีการปรับเพิ่มตัวคูณเพื่อรวมผลของ Dynamic Part ก็เพียงพอแล้ว

โดยปกติ Dynamic Behaviour ของโครงสร้างจะเริ่มมีความสำคัญเมื่อ Structural Natural Period ใกล้กับ Period ของแรงที่กระทำ ซึ่งในโครงสร้างแบบยึดแน่น (Fixed Jacket) ที่มี Natural Period มากกว่า 2.5-3.0 วินาที Dynamic Part จากคลื่นจะมีความสำคัญและมองข้ามไม่ได้ และจะมีความสำคัญสูงขึ้นเมื่อคาบสูงขึ้น โดยปกติโครงสร้างแบบนี้คาบมากที่สุดที่เป็นไปได้คือประมาณ 5 วินาที ถ้ามากกว่านี้จะเริ่มเข้าสู่ Resonance Zone ซึ่งแทบจะเป็นไปไม่ได้ในการออกแบบ

ในการคำนวณหาคาบของโครงสร้าง จะคำนวณจาก Linear Elastic Model โดยการแปลงน้ำหนักที่กระทำบนโครงสร้างให้กลายเป็น Mass และทำการ Linearized Foundation ก่อนที่จะเข้าสู่การคำนวณแบบ Eigen Value Analysis เพื่อหาคาบของโครงสร้าง ในกรณีที่โครงสร้างที่พิจารณ์มีความ  sensitive ต่อ Dynamic loading การวิเคราะห์แบบ Dynamic analysis ควรจะนำมาใช้ทั้งในการวิเคราะห์ช่วง Inplace และ Fatigue ในบางโครงสร้างที่มีการติดตั้งอุปกรณ์ที่มีการสั่นสะเทือน (Rotating Equipment) การวิเคราะห์แบบ Dynamic Analysis ก็มีความจำเป็นเช่นกัน

รูปที่ 12 Wave Energy Spectrum vs Platform Period

รูปที่ 13 Mode Shape ของ Hess's Baldpate Offshore Compliant Tower Structure Baldpate

รูปที่ 14 Mode Shape ของ Chevron’s Benguela-Belize Offshore Compliant Tower Structure

รูปที่ 12 แสดงช่วง Typical Wave Energy Spectrum ในอ่าวเม็กซิโก จะเห็นว่าส่วนใหญ่คลื่นจะมีพลังงานอยู่ในช่วง ประมาณ 6-25 วินาที ทำให้การออกแบบโครงสร้างในทะเลควรที่จะต้องหลีกเลี่ยงช่วงอันตรายนี้เป็นพิเศษ โดยโครงสร้างแบบ Fixed Jacket จะเป็นการออกแบบให้โครงสร้างมีความแข็งเป็นพิเศษจนคาบต่ำกว่า 5 วินาที ในขณะที่ Compliant Tower จะเป็นการทำให้โครงสร้างอ่อนๆ จนคาบสูงเกิน 30 วินาที ซึ่งเป็นการออกแบบเพื่อหลับช่วง Wave Dynamic Dominate ที่ชาญฉลาดของวิศวกรโครงสร้าง

รูปที่ 13 แสดง Mode Shape ของ Baldpate Offshore Compliant Tower Structure Baldpate ของ บ Hess อยู่ใน Gulf of Mexico ที่สูงเป็นอันดับ 2 ของโลกรองจาก Petronius ของ Chevron ถ้านับความสูงจากฐานถึงยอดก็ 580 ม สูงติดอันดับ 4 เทียบกับอาคารทั่วไป สูงกว่า เปโตรนาส ร้อยกว่าเมตร สูงกว่า Taipei 101 ถึง 80 ม แต่อยู่ในทะเลที่มีแรงกระทำจากคลื่นสูงเท่าตึกเกิอบ 10 ชั้น

รูปที่ 14 แสดง Mode Shape ของ Chevron’s Benguela-Belize Offshore Compliant Tower Structure อยู่ใน Angola ที่สูงเป็นอันดับ 3 ของโลกรองจาก Petronius และ Baldpate สูงประมาณ 410-420ม ใกล้ๆ เคียงกับ Petronas Tower ในกัวลาลัมเปอร์ อยู่ในน้ำลึก 390ม ออกแบบด้วย steel frame ขนาด 37ม x 37ม ซึ่งเล็กมาก เทียบกับความสูง โดยออกแบบให้ 1st mode กับ 2nd mode คร่อม ช่วง sea spectrum พอดี แต่จะเห็นว่าถ้ามันไม่มี Topside มันจะตกอยู่ในช่วง Dynamic Wave Dominate ทันที งั้นเค้าต้องพยากรณ์สภาพอากาศให้แม่นยำ ก่อนที่จะติดตั้ง แล้วก็ต้องติดตั้งให้เร็วก่อนที่พายุจะมา คนคิดคอนเซ็ป CPT ขึ้นมานี้ฉลาดแล้วกล้ามากด้วย ถือเป็นความพยายามที่จะเอาชนะธรรมชาติที่สุดยอดจริงๆ

บางครั้งการวิเคราะห์แบบ Nonlinear Analysis มีความจำเป็นในการพิจารณา ทั้งผลของ Nonlinear Loading, Geometrical, Material อย่างเช่น Global response ของ Jackup หรือ พฤติกรรมของโครงสร้างช่วงเกิดไฟไหม้ (Fire behavior) หรือ พฤติกรรมของโครงสร้างช่วงเรือชน (Vessel Impact)

โดยปกติพฤติกรรมของฐากรากจะมีการจำลองโดยคำนึงถึงผลของ Nonlinearity และ Interaction ระหว่างโครงสร้างและดินทั้งในแนวดิ่งและด้านข้าง ข้อมูลดินในบริเวณนั้นๆ มีความจำเป็นที่จะต้องมีการเจาะสำรวจและวิเคราะห์อย่างเป็นระบบ โดยเฉพาะข้อมูลดินในช่วงใกล้กับพื้นทะเล เนื่องจากจะมีการเปลี่ยนแปลงค่อนข้างเร็ว โดยเฉพาะ Bending Moment บริเวณใกล้ๆ พื้นทะเล

รูปที่ 15 Pile-Soil Structure Interaction in Single Computer Model System

โดยปกติโครงสร้างในทะเลจะมีปัญหาในเรื่องความล้า (Fatigue) ของโครงสร้าง ทั้งจาก Wave และ Wind โดย Wind Fatigue จะมีความสำคัญในโครงสร้างที่อยู่เหนือน้ำและมีความชะลูดสูง อย่างเช่น Flare หรือ Vent Boom ในขณะที่ Wave Fatigue จะมีความสำคัญในโครงสร้างที่อยู่ใต้น้ำทั้งในโครงสร้างแบบ Fixed หรือ Floating Structure

รูปที่ 16 Plastic Ultilization Plot during Fire Scenario

6. การออกแบบฐานราก (Foundation Design)

ข้อมูลฐานรากที่แน่นอนมีความจำเป็นในการออกแบบโครงสร้างไม่ว่าจะเป็นช่วงการใช้งาน (In-service Condition) และ ช่วงติดตั้ง (Temporary Condition) พฤติกรรมของฐานรากทั้งในแบบ Static แล้วก็ Cyclic จำเป็นต้องมีการนำมาพิจารณา ในการทำนายพฤติกรรมที่แม่นยำขึ้น การวิเคราะห์ในแบบ Integrate Soil Structure Interaction มีความจำเป็น

ในโครงสร้างที่ใช้กันทั่วๆ ไปอย่าง Fixed Type Offshore Structure ส่วนใหญ่จะใช้ฐานรากแบบ ท่อเปิด ที่มีการตอกโดยใช้ Hammer โดยอาจจะมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางสูงได้ถึงเกิน 2 เมตร และลึกกว่า 100 เมตรจากพื้นทะเล เข็มที่ใช้อาจจะทำการสอดผ่านโครงสร้างลงไปหรือที่เรียกว่า Through Leg Pile โดยหัวเข็มยาวจนเลยระดับน้ำ แล้วทำการตอกโดยใช้ค้อนที่อยู่ในอากาศ หรืออาจจะใช้เข็มสอดผ่าน Pile sleeve ที่อยู่ใต้น้ำ แล้วใช้ Underwater Hammer ตอกใต้น้ำ โดยมีหุ่นยนต์ (ROV) ที่ส่งลงไปเพื่อคอยสังเกตการณ์ โดย Pile sleeves จะเป็นโครงสร้างที่ติดกับโครงสร้างหลักอย่าง Jacket อาจจะยึดโยงกับเป็นกลุ่ม (Cluster) วางตัวในแนวดิ่ง หรือ แนวเอียงก็ได้ ซึ่งในแบบหลังจะช่วยเพิ่มเสถียรภาพในภาพรวมของโครงสร้าง แต่ก็จะทำให้ขนาดฐานใหญ่ขึ้นและสิ้นเปลืองมากขึ้นตามไปด้วย

แรงเฉือนที่ฐาน (Base Shear) และแรงผลักล้มที่ฐาน (Overturning Moment) ถือเป็นค่าที่สำคัญในการออกแบบเข็ม และเป็นตัวกำหนดขนาดและความยาวของเข็ม ในบางครั้ง ถ้า Overturning Moment สูงๆ เข็มอาจจะเกิดกรณีที่ต้องออกแบบรับแรงถอนก็เป็นได้

โดยปกติกำลังรับแรงของเสาเข็มคำนวณจาก Skin Friction ที่ผิวเข็มกับ ดิน รวมกับ กำลังรับแรงแบกทาน (End Bearing) ที่ปลายเข็ม ดินที่บริเวณใกล้ๆ พื้นทะเลมักจะมีกำลังค่อนข้างต่ำทำให้เป็นตัวกำหนดว่าแรงดัดในเสาเข็มจะมีค่าสูงหรือไม่ ซึ่งโดยมากแรงดัดในเข็มจะมีค่าสูงที่สุดในช่วงประมาณ 5 ถึง 10 เท่า ของขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางเสาเข็ม นับจากพื้นทะเล และก็จะเป็นตัวควบคุมด้วยว่าเสาเข็มจะมีความหนาเท่าไร อย่างไรก็ดีในการออกแบบเสาเข็มจะต้องพิจารณาแรงทั้งในด้านกำลังและความล้าที่เกิดขึ้นในช่วงใช้งาน (In-service) และช่วงติดตั้ง (Driving)