光伏項目鋼樁施工技術(shù)改進

武志鵬，劉素彥

（中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，杭州 311100）

0 引言

進入21世紀，由于資源分布地域限制、煤炭資源枯竭以及環(huán)境污染等缺點，常規(guī)火力發(fā)電、水力發(fā)電等項目在不斷萎縮，以無枯竭危險、安全可靠、無噪聲、無污染排放、能源質(zhì)量高、建設(shè)周期短等優(yōu)勢的太陽能光伏發(fā)電項目如雨后春筍般實施建設(shè)，在不遠的將來將作為新能源的主力全面替代火力發(fā)電、水力發(fā)電等常規(guī)能源[1]。在太陽能光伏項目施工過程中，鋼樁施工處在整個項目實施過程中的關(guān)鍵線路上，鋼樁施工技術(shù)的優(yōu)劣直接制約著整個項目的施工工期和質(zhì)量，直接關(guān)系著項目實施的成敗。

1 鋼樁的設(shè)計與選型

烏克蘭FAS69MW光伏項目位于北緯49.79h，東經(jīng)30.02h，屬溫帶大陸性氣候，夏季日照時間較長，施工場區(qū)所處位置地勢平坦，地質(zhì)條件好，且氣候干燥等，因此，在基礎(chǔ)形式的選擇上，優(yōu)先采用施工工藝簡單高效、成本低且工期短的C型（130 mm 50 mm 3 mm）鋼結(jié)構(gòu)樁。鋼結(jié)構(gòu)樁的陣列設(shè)置為前、后樁布置形式，前樁長2 547 mm，后樁長3 970 mm，前、后樁入土約2 000 mm，以確保在最不利條件下的抗拉拔應(yīng)力、抗剪應(yīng)力的要求。另考慮在打樁過程中打樁機具的高效運作，前、后組串之間凈距為4 450 mm，組件采用橫排布置，單列布置4塊組件，為了節(jié)約支架成本，每個支架采用4 14或4 28結(jié)構(gòu)進行設(shè)置。樁和支架的材料及計算方法按照歐洲標準進行設(shè)計，鋼樁選型及布局圖如圖1所示。

圖1 鋼樁選型設(shè)計及場區(qū)布置圖

2 陣列布置和定位

為了準確進行光伏陣列的布置和定位，精密測量設(shè)備包括全站儀（精確度i 5＂，2 mm+2 mm 10-6d）、液位計（精確度i 2 mm）、GPS(精確度i（10 mm+1 mm 10-6d))等設(shè)備的應(yīng)用能夠較大提高工作的質(zhì)量和效率。首先，測量儀器均須經(jīng)過專業(yè)檢測機構(gòu)進行檢測，并在檢測有限期內(nèi)；其次，測量作業(yè)前做好總體策劃工作，在對控制網(wǎng)現(xiàn)場交接后要做好復查和保護工作，現(xiàn)場對場區(qū)內(nèi)的控制樁四周澆筑混凝土進行保護，作為項目的永久控制點；然后，通過全站儀和GPS設(shè)備先快速確定出場區(qū)布置陣列定位樁控制點，進行樁定位，布置成陣列的形式。

針對每個陣列的控制，首先用全站儀將每組軸線打上定位樁；其次，將每排定位樁加密并引出控制樁進行加固，在定位樁控制點位置驗收合格后進行定位樁打樁作業(yè)，然后對定位樁偏差通過傾角計按前進行確認，以確保定位樁位位置誤差和傾斜度在精度允許范圍內(nèi)；最后進行二次放線作業(yè)，在每個陣列上用涂有紅漆或有明顯標志的長釘進行樁位定點標識，同時在定位樁之間拉上明顯的細線或鋼絲控制，如圖2所示。

圖2 陣列測量布置和定位

3 打樁設(shè)備與模具的設(shè)計和選擇

3.1 打樁設(shè)備

針對鋼樁的施工機械，目前常用的主要有螺旋打樁機、落錘式打樁機和高頻振動液壓式打樁機，其中螺旋打樁機工作時由動力頭驅(qū)動鉆桿、鉆頭旋轉(zhuǎn)，卷揚機控制鉆具的升降，被鉆切削下的土料由螺旋片輸送到地面，該類螺旋打樁機在對復雜地質(zhì)使用時效率較高，但在樁身入土后需要澆筑混凝土進行固定[2]，對環(huán)境影響較大且施工作業(yè)周期較長；落錘式打樁機是靠打樁機捶打鋼樁端部使其下沉，在此過程中不可避免的會造成鋼樁端部防腐層脫落，甚至端部開裂損壞等問題[3]（圖3），目前在光伏樁基施工作業(yè)中已被逐步淘汰；高頻振動液壓式打樁機性能優(yōu)越，采用液壓動力站為液壓動力源，通過振動箱產(chǎn)生高頻振動，使樁體輕松打入土層，具有噪聲小，效率高、無污染、不損傷樁柱等優(yōu)點。特別適用于市政、橋梁、圍堰、建筑地基等中短樁工程[4]。

圖3 鋼樁端頭損壞情況

本項目選用的為某國內(nèi)品牌生產(chǎn)的高頻振動液壓式打樁機，打樁速度一般為4～7 m/min，最快達12 m/min（在非淤泥質(zhì)土壤中），施工速度大大快于其他形式的打樁機械，比氣動錘、柴油錘的效率高出40%～100%；在打樁過程中振感小，噪聲低，通過高頻振動，所產(chǎn)生的激振力達180 kN，尤其在土壤受到強迫振動后，其內(nèi)摩擦力減小、強度降低，當強迫振動頻率與土壤自振頻率相同時，土體共振使得樁能夠較輕松地沉入土中[5]，工作效率大大提高，現(xiàn)場經(jīng)過反復試驗和摸索，使得每個打樁循環(huán)時間在2 min內(nèi)完成，每天每臺能夠確保200根鋼樁的打樁量，大大提高了打樁工作效率，降低了施工單位成本。

3.2 模具和膠墊的設(shè)計應(yīng)用

在如何控制打樁質(zhì)量和減少樁頭損壞方面，模具的設(shè)計和選材也是關(guān)鍵。由于不同的項目地質(zhì)、自然條件以及業(yè)主方所選用的組件型號千差萬別，對于樁型的設(shè)計形式也是不盡相同，為了讓統(tǒng)一規(guī)格型號的打樁機適用于具體項目的打樁施工，只能從模具的設(shè)計和選材入手。針對該項目的C型130 mm 50 mm 3 mm鋼結(jié)構(gòu)樁，可以根據(jù)樁的斷面形式加工若干個可替換的模具（圖4），通過模具的使用，既有效減少了鋼樁的損壞率，同時也節(jié)省了因打樁機端頭磨損維修等待的時間，提高了打樁效率和質(zhì)量。

圖4 可替換式模具的設(shè)計與應(yīng)用

為進一步提高模具的使用周期及降低鋼樁防腐涂層損壞的幾率，經(jīng)過不斷摸索和實踐，最后通過在模具的加工過程中加襯橡膠減震墊的方式加以改進解決。與其他減震材料相比，橡膠減震墊的內(nèi)摩擦力大、阻尼大，且橡膠減震墊吸收高頻振動的能力強，在發(fā)生設(shè)備與樁體間產(chǎn)生共振情況時，安全性高；由于橡膠減震墊內(nèi)摩擦力大、阻尼大，在立樁過程中可以通過樁身和減震墊的摩擦力使得樁身卡牢固定，避免立樁人員在打樁時處在打樁機作業(yè)半徑內(nèi)，降低了人員受到機械傷害的風險，也顯著提高了立樁作業(yè)的效率。

4 壓樁

壓樁作業(yè)是打樁施工成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在此過程中，應(yīng)嚴格執(zhí)行“樁位標識—打裝機就位—鋼樁固定—樁身調(diào)節(jié)—加壓打樁”的作業(yè)工序[6]。樁位的標識應(yīng)根據(jù)前期測量情況在樁位點處使用白灰圈點或用涂有明顯標志的長釘進行定點標識；在打樁機就位過程中，設(shè)備的行走必須保持平穩(wěn)，行走線路保持與陳列樁位線路水平，不發(fā)生傾斜、位移；在壓樁前使作業(yè)臂上的水平儀氣泡居中；同時，在鋼樁的壓樁過程中，由于受地下地質(zhì)變化影響，存在受力不均垂直度偏斜可能，因此，在壓樁過程中操作手要注意觀察作業(yè)臂的垂直狀態(tài)，以確保鋼樁入土后的垂直度[7]。

壓樁過程應(yīng)根據(jù)階段不同合理調(diào)節(jié)打樁機高頻振動壓力。在壓樁初期，先采用小功率施壓，確保樁身垂直度和角度正確后再采用經(jīng)過試樁后測定出的最高效的功率施壓。在壓樁過程中，若樁身垂直度偏差超過設(shè)計允許范圍，應(yīng)找出原因加以糾正，嚴禁利用設(shè)備將傾斜的樁身反方向強行回扳的方法糾偏[8]。

5 高程的控制與調(diào)整

針對樁高程的控制，應(yīng)結(jié)合地勢起伏情況按照陣列組串來確定，在確保每個陣列樁頂高程一致的情況下，陣列之間地勢的高差通過陣列的結(jié)合部位來調(diào)整，這樣每個陣列打樁過程通過兩端的控制樁位來調(diào)節(jié)，1組陣列只進行2次高程測量，樁位之間的鋼樁高程直接通過控制裝拉水平線來控制，高效快捷。

另外，在該階段工作的實施過程中，在打樁設(shè)備作業(yè)臂上直接加裝水平儀，液位調(diào)節(jié)好垂直后安裝限位裝置，可以減少每次樁的垂直度調(diào)節(jié)工作量；同時，通過在作業(yè)臂合適位置加裝觸桿電氣聯(lián)鎖裝置，這樣鋼樁在被壓到設(shè)定的高程時觸桿碰觸控制樁之間的拉線而動作，以確保每組陣列的鋼樁基本在同一高程，操作簡便，且高效實用。

6 結(jié)束語

隨著國際經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源短缺以及環(huán)境破壞問題變得越來越嚴重。光伏發(fā)電作為一種可再生、高效的清潔能源，近年來在全球的新能源行業(yè)發(fā)展較快，其對環(huán)境保護、能源節(jié)約等工作都具有重要的意義[9]，在國際能源市場上也越來越受到世界各國的青睞。作為光伏發(fā)電施工基礎(chǔ)的樁基礎(chǔ)施工技術(shù)將會得到廣泛的推廣和應(yīng)用[10]，本文通過對已實施的光伏發(fā)電項目C型鋼結(jié)構(gòu)樁的施工技術(shù)的研究，對降低后續(xù)光伏項目施工成本、提高施工效率等方面具有重要的借鑒參考價值。