光伏支架預應力管樁基礎裂縫調查及分析

王學亮

（湛江南海西部石油勘察設計有限公司，廣東湛江 524000）

1 工程概況

新建100MW光伏電站項目光伏區域一（容量50MW）采用單樁可調支架，光伏區光伏支架高度為1.25m，支架結構采用工字鋼，支架基礎采用預應力混凝土管樁（PHC），管樁直徑為300mm、400mm。因地形限制，管樁出露地面高度為4~8m。管樁與管樁之間的間距為4.8m，每5根管樁為一組，將光伏板連在一起，每20根管樁成東西排列成一排。光伏板與在管樁上固定的支架為活性連接調整桿。2016年11月份，發現管樁出現縱向裂縫不僅趨于嚴重且出現的數量不斷增多。

2 樁身裂縫情況描述

預應力管樁的樁身裂縫基本為豎向劈裂裂縫，90%的樁身裂縫位置位于樁頂以下1m，裂縫下部距離地面1m左右；裂縫多位于樁身兩側，裂縫處樁身均出現水泛堿現象。對于出現樁身裂縫的預應力管樁占所有管樁比例約為20%~22%，樁身開裂情況詳見圖1。

圖1 樁身開裂情況

3 調查情況描述

（1）對管樁基礎施工過程的調查。

區域一50MW光伏電站項目的預應力管樁基礎于2015年7月開始施工，到2015年底全部施工完畢，在管樁首次到貨及期間的到貨過程中都有業主和監理現場查驗，施工單位提交了管樁產品檢測合格證明書，在安裝光伏板之前又逐根管樁進行驗收，均符合技術要求。2015年12月份，樁基檢測單位對施工后的管樁進行檢測，均符合設計要求。2016年4月總包單位對光伏區的綜合驗收，管樁沒有存在問題。

（2）對光伏支架安裝完成后情況的調查。

2016年4-5月份，施工單位在已經安裝好光伏板的區域進行圍欄施工時，發現該光伏區陣風風力較大，光伏板隨風向發生劇烈搖擺。2016年9月，施工單位，對施工區域的管樁進行排查，發現部分管樁出現裂紋，2016年11月份，業主單位又對管樁進行跟蹤仔細檢查，發現現場管樁出現縱向裂縫不僅趨于嚴重且出現的數量不斷增多。

經過詳細調查，并和區域二進行比對分析，發現存在的主要問題是：

①2016年11月份將光伏板的角度調整以后，在光伏發電區的管樁裂紋出現顯著加劇現象。

②對光伏板的連接是軟連接，固定不牢固，光伏板的活性太大，遇到大風，對樁身形成極大的瞬間沖擊力。加之光伏板的寬度為4m，迎風阻力比較大，風荷載傳導到管樁身上，反復作用。

（3）臨近光伏區域二（距離約1km）的管樁基礎沒有出現光伏區域一管樁豎向裂縫的情況，對光伏區域二管樁基礎及上部結構調查情況：

可調光伏支架的管樁基礎，其管樁排列都是南北走向，其管樁之間的間距在2.5m，每3根管樁為一組，一端管樁裝有液壓減震桿起到受風影響的穩定作用，另一端是兩根澆筑在一起的三角支撐架，牢固的將光伏板固定，再通過半圓舵盤緩慢的調整光伏板的角度。光伏板寬度為1.95m，受南北風向力的影響極小。

（4）地質水文情況調查。

該光伏區所在地工程地質揭示第一層是砂土，最厚處達到8m左右，第二層是黏土，厚度未揭露，地下水位比較淺。樁基施工過程中部分樁位采用了引孔。

4 根本原因分析

根據現場調查情況，列出所有可能的原因，利用原因分析的排除法，逐個深入分析，從而得出樁基豎向裂縫產生的根本原因。

（1）樁基強度不夠，質量存在問題，打樁施工過程中造成的樁身細微裂縫發展。

根據現場調查情況，因為砂土含鈣質較高，樁基難以打入設計標高，最后采用引孔的施工方法，打樁前后均對樁基的質量檢驗，沒有出現裂紋等質量表征，同時，樁基從出廠檢驗到現場抽檢均符合技術要求。因此樁基強度原因基本可以排除。

（2）光伏板與可調支架連接不夠牢固，組件板在風力作用下搖晃，傳導至樁基出現劈裂裂縫。

一般情況下，因為光伏板受風面積產生的水平力，對樁身產生的應該是環向裂縫，而不是豎向劈裂裂縫。本項目（光伏區域一）上部結構的光伏板與管樁上的可調支架為活性連接調整桿，沒有采用其他固定措施，且光伏板正對風吹來方向，造成風荷載比較大，同時，因連接不夠穩固，造成光伏板與可調支架之間隨風荷載產生比較大的振動。這種振動會在樁身產生比較復雜的應力，對于已有裂縫開展的管樁會加速管樁裂縫的開展。這個原因只是造成已有裂縫加速開展，并不是產生管樁裂縫的根本原因。

（3）管樁內部水在冬季凍脹引起的混凝土開裂。

經過調查可以了解到，建設區域上部為砂土層，下部為不透水的黏土層，且地下水位比較淺。施工期間為2015年7月份到2015年12月份，7、8月份雨季，當地雨水比較充沛，地下水又比較淺，以致管樁中聚集雨水，不能及時排出。到了冬季，管樁內部水產生凍脹，水凍脹產生的凍脹力在管樁樁身產生比較大的應力，該應力大于混凝土的開裂應力，導致樁身被“撐裂”，產生豎向裂縫。管樁在地表段內部水與地下水連通，溫度相對較高，又有土體握裹，所以從地表以上約1m段沒有凍裂現象。根據現場調查，目前開裂的管樁里面確實有積水，積水位置大致與裂縫位置相關。

5 結論及處理措施

綜上所述，本項目管樁樁身產生豎向裂縫的根本原因是管樁內部積水在冬季凍脹引起混凝土開裂；光伏板與可調支架連接采用活性連接調整桿不夠牢固，光伏組件板在風力作用下振動，傳導至樁基從而促進管樁樁身豎向裂縫進一步開展。

根據產生管樁裂縫的根本原因，確定處理措施如下：

（1）當前裂縫還比較小，大部分小于0.5mm，少部分為0.5~1mm。可對產生的裂縫采用密封膠封閉處理，外刷水泥砂漿，標記后持續觀察。

（2）在樁身距離地表300mm處開孔，排出管樁中的積水，避免凍脹造成樁身裂縫進一步開展。孔徑為15mm，開孔大小經管樁廠家確認。開孔位置不能開在正對風荷載的樁身位置，可在垂直風荷載方向的樁身兩側開啟。

（3）對于原可調支架，參考光伏區域二設置，增加三角支撐架，牢固的將光伏板固定，避免光伏組件振動，對樁身裂縫進一步產生不利影響。