鹽光互補(bǔ)項(xiàng)目光伏支架樁基礎(chǔ)選型

弋 峰 馬海堂

(1.中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510663； 2.中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510663)

?

鹽光互補(bǔ)項(xiàng)目光伏支架樁基礎(chǔ)選型

弋 峰1馬海堂2

(1.中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510663； 2.中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510663)

介紹了目前國內(nèi)地面光伏支架常見的基礎(chǔ)形式，結(jié)合廣東省某海邊鹽光互補(bǔ)項(xiàng)目的工程地質(zhì)條件，分析了鹽田水及場地土的腐蝕性，提出了三種光伏支架方案，并從防腐性、施工進(jìn)度、經(jīng)濟(jì)性等方面，比選出了最優(yōu)方案。

光伏支架，樁基礎(chǔ)，鹽堿地，腐蝕性

1 概述

我國沿海清潔的可再生能源資源豐富。光伏發(fā)電替代燃煤發(fā)電每年可節(jié)約大量標(biāo)準(zhǔn)煤，大量減少向大氣中排放粉塵，CO2，SO2，CO，碳?xì)浠衔铮以任廴疚铮?jié)能與環(huán)境效益十分顯著。

太陽能光伏發(fā)電的主要缺點(diǎn)之一就是占用土地面積大，因此充分利用鹽堿地等各種不適宜耕種的土地、發(fā)展農(nóng)光互補(bǔ)、漁光互補(bǔ)、鹽光互補(bǔ)就是各能源建設(shè)單位重點(diǎn)考慮的方向。鹽光互補(bǔ)項(xiàng)目即光伏電站建成后，光伏板通過吸收太陽能發(fā)電，板下及板間繼續(xù)用海水曬鹽，發(fā)電和曬鹽兩不誤。開發(fā)建設(shè)廣東某海邊鹽光互補(bǔ)光伏電站項(xiàng)目，不僅可以有效利用當(dāng)?shù)刎S富的太陽能資源和有限的土地資源，對開發(fā)沿海廢棄鹽場及其鹽堿地也起到示范作用。

但是由于場地土對結(jié)構(gòu)腐蝕嚴(yán)重，光伏支架樁型的選擇受到限制。

2 光伏支架基礎(chǔ)形式

目前國內(nèi)地面光伏支架常見的基礎(chǔ)形式主要有以下幾種：1)微型鋼筋混凝土灌注樁基礎(chǔ)；2)預(yù)制混凝土管樁基礎(chǔ)；3)預(yù)制混凝土方樁基礎(chǔ)；4)鋼制螺旋樁基礎(chǔ)；5)預(yù)制條形基礎(chǔ)；6)現(xiàn)澆獨(dú)立基礎(chǔ)；7)現(xiàn)澆條形基礎(chǔ)。

根據(jù)場地情況和施工進(jìn)度要求，本項(xiàng)目可選用前三種基礎(chǔ)形式。

1)微型鋼筋混凝土灌注樁。該方案采用微型機(jī)械成孔設(shè)備，施工速度較快，工藝簡單，無土方開挖及回填，工程造價低，工期短,被廣泛采用。本工程位于沿海灘涂地區(qū)，表層土主要為細(xì)砂、粉質(zhì)粘土及淤泥，地下水位高，采用微型混凝土灌注樁，存在成孔困難，混凝土澆筑難以密實(shí)等風(fēng)險(xiǎn)，不建議大面積采用。但根據(jù)巖土工程勘測報(bào)告，部分區(qū)域硬塑粉質(zhì)粘土(標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)80)埋藏較淺(2 m以下)，預(yù)制樁打入困難，在采取引孔等措施后仍無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求的長度時可局部采用微型鋼筋混凝土灌注樁方案(見圖1)。

2)預(yù)制混凝土管樁基礎(chǔ)。管樁一般在預(yù)制廠用離心法生產(chǎn)，混凝土致密，強(qiáng)度高，具有施工速度快，工藝簡單，無土方開挖及回填，工期較短的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)在于管樁壁厚較薄，在強(qiáng)腐蝕環(huán)境下不宜使用(見圖2)。

3)預(yù)制混凝土方樁基礎(chǔ)。混凝土預(yù)制實(shí)心方樁斷面一般呈方形，能承受較大的荷載、堅(jiān)固耐久、施工速度快。與預(yù)制混凝土管樁相比，造價偏高，施打困難。實(shí)心方樁混凝土保護(hù)層厚度可以較大，有利于防腐蝕，在本項(xiàng)目鹽光互補(bǔ)區(qū)，土層對混凝土具有強(qiáng)腐蝕性，不適宜在采用管樁的情況下使用(見圖3)。

3 場地巖土工程條件

光伏電站站址位于廣東省某海邊，距離海岸最近處約500 m，站址微地貌為海岸堆積階地地貌，地形起伏不大，地勢平坦開闊，場地由海邊灘涂、瀉湖、旱地、林地、水產(chǎn)養(yǎng)殖場、鹽田、水渠等組成，地表多見玄武巖塊石。

4 鹽田水及場地土腐蝕性分析

光伏電站處于鹽田范圍內(nèi)，地表土長期被濃縮海水浸潤形成鹽堿地，勘測采取了1組鹽田水，以及根據(jù)場地條件選取了3組土樣做易溶鹽試驗(yàn)，根據(jù)鹽田水腐蝕性分析成果，以及土的易溶鹽試驗(yàn)成果，結(jié)合臨近工程經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行了水、土腐蝕性分析評價，其結(jié)果見表1，表2。

表1 鹽田水(濃縮海水)腐蝕性分析成果表

表2 土的腐蝕性分析成果表

從以上結(jié)論可以看出，腐蝕性最嚴(yán)重的地方在鹽田區(qū)表層土，由于濃縮海水沉積的鹽類濃度極高，對結(jié)構(gòu)腐蝕性較大。鹽田水和場地土的性質(zhì)決定了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮防腐蝕問題。

在強(qiáng)腐蝕環(huán)境下，采用預(yù)制樁能夠滿足規(guī)范要求，預(yù)應(yīng)力混凝土樁及灌注樁一般不能滿足規(guī)范要求(經(jīng)試驗(yàn)論證除外)；中、弱腐蝕條件下，PHC管樁、灌注樁、預(yù)制樁均可用；強(qiáng)腐蝕條件下，必須選用PHC管樁時，應(yīng)經(jīng)專家評審，試驗(yàn)論證，并采取可靠措施。

5 方案比較

5.1 方案類型

本工程光伏支架方案可考慮采用以下三種：

方案一：雙立柱預(yù)制方樁(實(shí)心)方案。

1)采用200×200的預(yù)制鋼筋混凝土方樁。2)防腐措施：同時采取樁身混凝土強(qiáng)度等級不低于C40、水灰比不應(yīng)大于0.40、抗?jié)B等級不應(yīng)低于P10、鋼筋保護(hù)層厚度不應(yīng)小于45 mm、樁身混凝土應(yīng)添加復(fù)合型防腐材料(要求對氯離子、硫酸根離子等腐蝕性介質(zhì)具有抗強(qiáng)腐蝕性效果)、應(yīng)對打入地面以下的樁段表面涂環(huán)氧瀝青(或聚氨酯瀝青)涂層(厚度不小于500 μm)等多重防腐措施，以提高結(jié)構(gòu)防腐蝕性能與耐久性。

方案二：PHC預(yù)應(yīng)力管樁單樁方案(見圖4)。

1)樁型選用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁PHC-300(70)A-C80。2)PHC管樁方案防腐是重點(diǎn)，應(yīng)同時采取樁身混凝土抗?jié)B等級不應(yīng)低于P10、鋼筋保護(hù)層厚度不應(yīng)小于30 mm、樁身混凝土應(yīng)添加復(fù)合型防腐材料(要求對氯離子、硫酸根離子等腐蝕性介質(zhì)具有抗強(qiáng)腐蝕性效果)、應(yīng)對打入地面以下的樁段表面涂環(huán)氧瀝青(或聚氨酯瀝青)涂層(厚度不小于500 μm)等多重防腐措施，以提高結(jié)構(gòu)防腐蝕性能與耐久性。3)由于采用管樁已超越規(guī)范要求，所以需邀請專家，組織管樁廠家、施工、監(jiān)理、設(shè)計(jì)等相關(guān)單位人員召開專題會議，共同解決管樁防腐問題。

方案三：灌注樁雙樁方案(見圖5)。

1)雙立柱光伏支架基礎(chǔ)采用φ250鉆孔灌注樁。2)防腐措施：同時采取樁身混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C40、水灰比不應(yīng)大于0.45、抗?jié)B等級不應(yīng)低于P8、鋼筋保護(hù)層厚度不應(yīng)小于55 mm、樁身混凝土應(yīng)添加復(fù)合型防腐材料(要求對氯離子、硫酸根離子等腐蝕性介質(zhì)具有抗強(qiáng)腐蝕性效果)等多重防腐措施，以提高結(jié)構(gòu)防腐蝕性能與耐久性。

5.2 方案比較

1)腐蝕性條件。a.根據(jù)地勘報(bào)告，鹽堿地中的表土對混凝土結(jié)構(gòu)具強(qiáng)腐蝕性，其他土層為中腐蝕、弱腐蝕；b.光伏支架的使用年限為25年，現(xiàn)行規(guī)范針對的普通建筑使用年限為50年。

2)防腐蝕性能。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，只有預(yù)制方樁能滿足場地腐蝕性要求，管樁與灌注樁均不滿足國家規(guī)范要求。

3)施工進(jìn)度。PHC管樁及預(yù)制方樁施工速度較快，灌注樁較慢。

4)經(jīng)濟(jì)性。以每塊光伏板需七組支架計(jì)，樁長相同，各方案支架樁費(fèi)用比例粗略估算：a.直徑為300 mm的PHC管樁(單樁)7根，綜合單價約100元/m；若直徑采用400 mm，綜合單價約135元/m；b.200×200的方樁(雙樁)14根，約120元/m；c.直徑200 mm的灌注樁(雙樁)14根，根據(jù)土質(zhì)情況不同，造價在60元/m～100元/m。相同樁長的情況下，方案二樁基成本是方案一的2.4倍，方案三是方案一的1.2倍～2倍。

6 結(jié)論及建議

1)整個場地表層基本都是鹽堿地，表層土對混凝土結(jié)構(gòu)具強(qiáng)腐蝕性，只有采用預(yù)制實(shí)心樁能夠滿足規(guī)范要求，鹽光互補(bǔ)區(qū)光伏支架建議采用雙立柱預(yù)制方樁方案。

2)PHC管樁最經(jīng)濟(jì)，考慮到光伏支架設(shè)計(jì)使用年限遠(yuǎn)低于常規(guī)建筑，且其破壞造成的影響遠(yuǎn)小于普通建筑，在采取一定的防腐措施，經(jīng)過專家論證的情況下，將來不曬鹽的其他區(qū)域可采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁。

[1] GB 50797—2012，光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB 50007—2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 蔣華慶，賀廣零.光伏電站設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2014.

[4] 李英姿.太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

On foundation type selection of photovoltaic trestle pile in salt-light complementary project

Yi Feng1Ma Haitang2

(1.GuangdongPowerDesignandResearchInstituteCo.,Ltd,ChinaEnergyConstructionGroup,Guangzhou510663,China; 2.NanfangPowerGridCo.,LtdinChina,Guangzhou510663,China)

The paper introduces the common foundations of ground photovoltaic trestle pile in China, analyzes the corrosion of the salt water and field soil by combining with engineering geological conditions of some salt-light complementary program in Guangdong, points out the three photovoltaic trestles, and obtains the optimal scheme from the corrosion, construction progress, and money-saving.

photovoltaic trestle, pile foundation, saline-alkali field, corrosion

1009-6825(2016)31-0064-03

2016-08-22

弋 峰(1968- )，女，高級工程師； 馬海堂(1967- )，男，高級工程師

TU473

A