山地光伏電站支架基礎類型分析及選型

張漢鑫

浙江大唐國際新能源有限責任公司 浙江杭州 310000

人類經濟社會健康經濟可持續發展正不斷遭遇著巨大環境挑戰，盡快徹底改變過于過度依靠天然化石生物燃料的傳統能源消費結構，發展和合理充分利用清潔而安全諸如太陽能、風能、生物質能這些可再生清潔能源已經逐漸成為我們促進國家健康經濟社會持續發展的必然選擇途徑。太陽能能源是一種自然資源豐富、分布廣闊且完全幾乎可以被永久開發利用的新型可再生清潔能源，它同樣具備很強的能源開發和綜合利用市場潛力。

1 光伏支架基礎型式分析

1.1 鋼制螺旋地錨基礎

就其支架材料以及螺旋生產支架制造工藝技術兩個方面而言，支架上均分別采用了多層熱鍍鋅高耐蝕層及防腐涂層處理工藝，延長了各種螺旋整體樁生產使用壽命；由于其加工過程比較復雜，因此用戶需要對其支架進行加工剪切、加熱、減速及防變形及鋼管、螺旋片加工焊接、沖孔、鍍鋅等，保證其螺旋支架生產質量。螺旋造型樁的生產直徑和使用樁長由于需要受到這種生產工藝的很大限制，當這種基礎樁的荷載能力大于或或者超出了這種螺旋樁加工生產的基礎承載能力要求范圍，一般就不會有人選擇直接采用這種螺旋式的樁。

就適用的條件而言，砂土、沙礫、粘土、粉質黏土、砂漿等表層土最為適宜，且一般要求至少30%的巖屑、砂礫石直徑＜60mm，體積＜0.01m3。

就其在施工過程中所使用的環境、裝置以及對人力的要求等方面來說，由于樁機直接植入地下形成樁，施工速度快，不受季節性和施工環境條件的影響，而且無必再依靠水源，施工時噪音較小。樁機操作簡便，施工人員經簡易培訓后即可按時上崗進行作業，可以依照施工進度的要求自行增減。

就其支架施工過程費用而言，由于直接與其接觸所用到的材料是建筑地基土，其中的防腐地錨性能對于建筑地基土的化學腐蝕性比較敏感，所以其樁身的施工價格相對偏高；但是其整個工期的成本可控性也比較好，不必現場人工攪拌鋼筋混凝土及人工澆筑，所以人體勞動力的使用成本相對較低。

1.2 微孔灌注樁基礎

就其所需要適用的密封條件來說，主要特點是廣泛適用在低溫黏性混凝土、粉土、季節保水性冷凝土、膨脹混凝土、密實土和砂土、松散-凝土中密封的碎石和粘土。

就成樁鉆孔機的施工工藝而言，鉆孔機就是在進行成樁鉆孔工作完成后，放入一個鋼筋籠，進行鋼筋混凝土的混合澆筑，通過現場用的振動棒密實混合成孔的樁如果坑壁土質過于疏松的則不能直接進行成樁鉆孔須同時采用鋼筋水泥漿加固護壁的鉆孔工藝處理方法即可來有效提高坑壁的土質穩定性。灌注后需要等到鋼筋混凝土充分灌注達到一定受力強度時候后才能進行開始施工進行上部鋼筋支架的焊接安裝，施工工藝相對復雜，施工進行速度緩慢。

就鉆孔施工的環境、裝置以及對人力的要求等方面來說，鉆孔施工的各個階段都必須使用鉆孔機械進行成孔，鋼筋籠的制作和綁扎、下部洞具的固定，以及鋼筋混凝土的澆筑和振搗都需要人工操作，工序繁瑣，施工的機械和對人力資源的投入較大。

就其施工費用而言，樁身的混凝土使用量及其對鋼筋籠的使用量較多，養護周期較長，施工費用較高。

2 實際案例

某新疆沙漠邊緣光伏電站，該項列節目的一期建設選址場地東部位于我國新疆西北部沙漠邊緣，場址中部位于新疆沙漠西部戈壁灘的荒灘，地勢較平緩開闊，地基基礎土層在外部受到電站建筑物內部基礎土層荷載壓力作用強度影響的土層深度10米范圍內由微軟礫質的砂土層和地層板塊組成，地層間的分布是連續、穩定的。礫砂層的厚度大，結構中密-緊實，壓縮能力相對較低，承載能力的特征值一般為280-350kpa，力學性質相對較好。

由于本次項目施工的整體地基以松散且易堆積的混砂土地基為主，粘聚力相對較小，擾動后的整體地基比較不穩定。同時在大量暗挖、開挖濫填后的這勢必會對整個區域環境造成未來更為嚴重的動植物資源破壞和嚴重水土資源流失，加劇了整個區域生態荒落荒漠化的嚴重程度，這與通過建設大型光伏電站推動發展和充分利用當地綠色自然資源的傳統想法背道而馳。因此，本二期工程的光伏電站支架結構地基主體選型將盡量不破壞原有土層主體結構的基本地基主體現狀和原有土層內部結構的主體現狀，不破壞原有土層主體結構的基本地表面和植被，避免了大量采用大掘開挖、小挖回填的鋼筋混凝土支架地基。同時在我們進行建筑基礎材料選型的過程時候也還應該特別要注意加大建材地基與建筑砂土之間的應力摩擦運動面積，增大建筑地基的砂土抗拔抗蝕能力。本項目工程中光伏電站發電系統支架上的基礎結構采用單層鋼制大理石葉片上的螺旋地錨作為基礎，螺旋地錨葉片上向外伸角的寬度相應≥80mm，厚度相應≥5mm，鋼材為鋼型q235b，鍍鋅鍍層防腐，鍍鋅防蝕層的防腐厚度≥80μm。螺旋樁樁長1750mm，地下部分1500mm，地上部分250mm，支架自身錨固埋入至基層凍土。經現場最大荷載能力實驗結果驗證，該型電力基礎單樁的最大抗拔負荷能力范圍為8-16kn，單樁最大豎向負荷承載能力10kn，滿足各種結構特殊樁的使用能力要求。

3 結語

大型光伏電站的基礎支架支撐基礎結構型式設計選型方法應以各種光伏電站支架所處應用區域的基本場地結構地質條件狀況要求為主要考慮切入點，充分考慮各種支撐基礎支架型式的結構材料和組件制造設備工藝、施工設備技術、施工過程成本等風險控制相關因素，綜合考慮選擇既能充分滿足場地結構性和安全性能的要求又又能有利于同時實現大型光伏電站成本收益發揮最大化的各種支撐支架基礎結構型式。