光伏電站光伏區(qū)在粉煤灰場(chǎng)地的應(yīng)用

王學(xué)亮

（湛江南海西部石油勘察設(shè)計(jì)有限公司 廣東湛江 524000）

1 工程概況

新建30MW光伏電站采用光伏支架采用平單軸型式，根據(jù)最優(yōu)發(fā)電量分析和日照分析，確定光伏板傾斜角度為19°。光伏區(qū)光伏支架結(jié)構(gòu)采用冷彎薄壁型鋼，支架基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（PHC），管樁直徑為300mm、因地形及場(chǎng)地防洪限制，管樁出露地面高度為不小于1m，管樁與管樁之間的間距為4.8m，每個(gè)光伏單元有5根管樁組成，光伏板與在管樁上固定的支架為采用雙立柱、前后支撐、主梁、橫梁的結(jié)構(gòu)形式。

2 場(chǎng)地周邊情況分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況，該電站廠址主要為附近一火電廠的粉煤灰堆場(chǎng)，粉煤灰堆積時(shí)間最長(zhǎng)可達(dá)30多年。場(chǎng)地植被較為稀疏；場(chǎng)地附近有個(gè)泄洪渠，泄洪渠連接幾公里外的水庫(kù)。

根據(jù)場(chǎng)地情況，本場(chǎng)地主要應(yīng)該注意的三點(diǎn)情況：

（1）因場(chǎng)地附近有泄洪渠和水庫(kù)，首先場(chǎng)地標(biāo)高的確定應(yīng)考慮防洪水位的重要影響，需根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，由業(yè)主聯(lián)系當(dāng)?shù)厮木痔峁?0年一遇設(shè)計(jì)（2%）洪水位。

（2）該場(chǎng)地主要為一火電廠粉煤灰的堆場(chǎng)，粉煤灰性質(zhì)比較復(fù)雜，是否可直接作為電站光伏支架基礎(chǔ)的持力層，應(yīng)充分論證。同時(shí)，該粉煤灰堆場(chǎng)場(chǎng)地起伏比較大，局部最大的高差達(dá)3m。

（3）擬建地區(qū)雨水充沛，應(yīng)注意場(chǎng)地有組織排水問(wèn)題，避免造成水土流失。

3 工程地質(zhì)及土體力學(xué)性質(zhì)

廠址位于火力發(fā)電廠附近的粉煤灰堆場(chǎng)，粉煤灰厚度從8～15m厚度不均。地勘報(bào)告給出粉煤灰物理力學(xué)性質(zhì)如下：灰黑色、深灰色，松散，稍濕，主要成分為煤灰，表層0.3m夾少許植物根系，局部夾少量礫石，粒徑在5～50mm之間。粉煤灰在外荷載作用下具有一定的壓縮性，同比粘性土其壓縮變形要小的多。粉煤灰的毛細(xì)現(xiàn)象十分強(qiáng)烈，其毛細(xì)水的上升高度與壓實(shí)度有著密切關(guān)系，第一版的地勘報(bào)告提出的土體力學(xué)性質(zhì)如表1所示。

表1 土體力學(xué)性質(zhì)

4 設(shè)計(jì)過(guò)程及注意事項(xiàng)

4.1 防洪水位的確定

根據(jù)業(yè)主提供的的防洪水位所示：50年一遇設(shè)計(jì)洪水位為71.15m（黃海基面），計(jì)算至項(xiàng)目所在地洪水位為71.26m。

4.2 光伏支架基礎(chǔ)管樁頂標(biāo)高的確定

根據(jù)場(chǎng)地地勘報(bào)告所示，粉煤灰層比較厚，承載力比較差。場(chǎng)地起伏比較大，部分場(chǎng)地位于防洪水位以下（最低處場(chǎng)地標(biāo)高約69.3m）。結(jié)合本場(chǎng)地情況，確定本場(chǎng)地采用PHC管樁基礎(chǔ)，保證場(chǎng)地內(nèi)管樁樁頂標(biāo)高必須高于防洪水位標(biāo)高，上部安裝光伏組件后，光伏組件最低點(diǎn)高出地面（應(yīng)用于高于洪水位的場(chǎng)地部分）或防洪水位（應(yīng)用于低于洪水位的場(chǎng)地部分）0.3m，同時(shí)考慮節(jié)約場(chǎng)地，將匯流箱抱箍于管樁基礎(chǔ)之上，尚需保證匯流箱底部必須高于防洪水位，綜合考慮各影響因素，確定將樁頂標(biāo)高確定為71.6m，滿足光伏組件使用要求。

4.3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)分區(qū)

該粉煤灰堆場(chǎng)場(chǎng)地不平整，起伏比較大，局部最大的高差達(dá)3m。根據(jù)水文局提供的防洪水位，部分場(chǎng)地位于水位以上，部分場(chǎng)地位于防洪水位以下。同時(shí)場(chǎng)地陡坎無(wú)規(guī)律分布。因此考慮將設(shè)計(jì)進(jìn)行分區(qū)進(jìn)行考慮，全廠樁基共考慮分為5個(gè)區(qū)域：區(qū)域一，樁頂標(biāo)高71.6m；區(qū)域二，樁頂標(biāo)高74.3m；區(qū)域三，樁頂標(biāo)高73m；區(qū)域四，樁頂標(biāo)高73.3m；區(qū)域五，樁頂標(biāo)高73.6m。

4.4 粉煤灰力學(xué)參數(shù)的確定（暨樁長(zhǎng)的確定）

粉煤灰力學(xué)性質(zhì)比較復(fù)雜，根據(jù)地勘資料中，地勘單位對(duì)土體（粉煤灰）力學(xué)性質(zhì)的經(jīng)驗(yàn)值，天然基礎(chǔ)承載力特征值為25kPa，樁基的力學(xué)性質(zhì)如表1所示。根據(jù)上部傳來(lái)荷載需求，樁基需要穿過(guò)粉煤灰層達(dá)到下部穩(wěn)定的粉質(zhì)黏土層，這樣造成樁基長(zhǎng)度比較長(zhǎng)，大部分樁長(zhǎng)10m以上，部分樁長(zhǎng)超過(guò)15m，對(duì)本項(xiàng)目的成本帶來(lái)巨大的壓力。因此需要對(duì)粉煤灰承載力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以確定其真正承載能力。本項(xiàng)目采用了打樁前試樁的方式，根據(jù)場(chǎng)地樁基分區(qū)情況，每區(qū)抽出兩組，6根樁，一組進(jìn)行常規(guī)樁基試驗(yàn)，一組進(jìn)行浸水樁基試驗(yàn)，觀察兩種情況下粉煤灰土層的力學(xué)性質(zhì)及變化情況。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果顯示，豎向抗壓極限承載力均在90kN左右，大于設(shè)計(jì)要求的50kN；豎向抗拔極限承載力均在30kN左右，大于設(shè)計(jì)要求的20kN；單樁水平承載力均在20kN左右，大于設(shè)計(jì)要求的12kN。試樁結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)試樁情況，業(yè)主、設(shè)計(jì)單位、施工、地勘單位聯(lián)絡(luò)溝通會(huì)對(duì)粉煤灰的力學(xué)性質(zhì)情況進(jìn)行溝通，地勘單位對(duì)粉煤灰力學(xué)參數(shù)進(jìn)行修正，對(duì)地勘報(bào)告進(jìn)行升版。根據(jù)最新版的地勘報(bào)告，設(shè)計(jì)單位利用粉煤灰層，確定樁長(zhǎng)分別為7m、8m兩種形式，最終樁基施工完畢后，抽樁進(jìn)行小應(yīng)變和承載力試樁驗(yàn)證，均滿足設(shè)計(jì)需要。最終核算，節(jié)約成本約162.3萬(wàn)元。

5 總結(jié)

光伏電站設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮廠址周邊的水文及地質(zhì)情況，光伏組件安裝高度應(yīng)充分考慮洪水、積雪、積灰等影響。本文中的電站光伏區(qū)組件安裝高度受洪水位影響比較大，從而確定樁長(zhǎng)。同時(shí)，對(duì)于粉煤灰場(chǎng)地性質(zhì)比較復(fù)雜，考慮光伏支架荷載比較小，在論證充分的的情況下，可充分考慮對(duì)該層土體的利用，可以有效的控制成本。