水上漂浮式光伏支架浮筒固定錨施工技術

文／梁儀、潘東美 廣西建工集團第二安裝建設有限公司 廣西柳州 545006

引言：

太陽能光伏發電作為一種清潔能源，具有無污染、無噪聲、設備運行穩定、自動化程度高、效率穩定等優點，在國內已大規模建設，根據國家能源局統計數據，截至2022年，我國光伏發電累計裝機3.72 億千瓦，同比增長29.4%。隨著“碳達峰、碳中和”的推進，光伏發電項目前景更為廣闊。

漂浮式水上光伏是太陽能光伏發電的一種建設方式，其充分利用水域資源建設水面光伏電站，實現水上發電水下養殖的“光伏+”建設成效。該類型電站可充分利用光照水面反射原理，增加組件的光照輻照度，同時可利用水面冷卻效應控制組件溫升，提高光伏發電系統效率5%～10%，從而實現綜合發電效率最大化，因此備受開發商青睞。

1.項目背景

廣西右江魚梁庫區里拉溝水面光伏項目位于百色市田東縣，裝機容量約為32MWp，是廣西第一個漂浮式光伏電站，也是廣西最大的水面光伏扶貧電站，建成后25年內年均發電量為3100 萬kwh。該項目包含固定式和漂浮式兩種光伏方陣，漂浮式光伏方陣安裝在水深為1.5 ～5.5m 不等的狹長水域，由光伏支架浮筒固定錨固定。浮筒固定錨為長1.5m 寬1.5m 高0.66m 的混凝土塊，重達2.5T，固定錨安裝于水底，分布在水上光伏方陣四周，用鏈條與方陣支架浮筒相連接，達到方陣固定目的。

相較于地面光伏項目，水上漂浮式光伏方陣沒有固定支撐點，如何保證光伏方陣在水面上能抵抗風浪及安全運行是一大難題；固定錨重量較大，水上吊運不便；水上無固定操作平臺，如何進行浮筒固定錨安裝并保證固定錨的安裝精度又是一大難點。

2.施工方案分析

固定錨是漂浮式光伏方陣在水面上的唯一固定點，光伏方陣能否在水面上抵抗風浪及安全運行完全取決于固定錨的結構，現有的漂浮式光伏固定錨結構為方形混凝土塊，該結構無錨爪，抓地力不足；受其外觀影響，在風浪作用下，固定錨易被水波沖擊移動；該結構僅頂面設有吊鉤，當同時固定兩個方陣時，受力不均，容易失穩，導致方陣碰撞組件損壞；且該結構未設置吊裝環，就位時吊裝用鋼絲繩不易脫鉤。

浮筒固定錨安裝常規采用大型改裝渡輪結合運輸船進行固定錨安裝施工，該裝置在深水開闊水域施工效果顯著，但需要較大作業面，且在淺水水域、狹長水道以及水面有低架線電桿水域則無法施工。當項目工期緊時，固定錨安裝須與支架組件安裝同時進行，隨著安裝方陣增多，可利用水面變少，若采用改裝渡輪施工則施工進度緩慢甚至無法施工。大型改裝渡輪及運輸船靈活性較差，容易與組件方陣碰撞，不利于支架組件的成品保護，同時安裝效率低，施工成本高。

經多次試驗以及不斷改進，研發了“水上漂浮式光伏支架浮筒固定錨施工技術”，解決了施工作業面窄、固定錨施工難度大、效率低及固定錨穩定性差、方陣抗風浪能力低問題，該技術操作簡單，靈活性強，施工效率高，安全穩定，經濟效益顯著。

3.工藝原理及關鍵技術

3.1 工藝原理

通過增加錨爪部件，優化固定錨結構，提高固定錨抓地力和抗風浪能力；研制固定錨模具進行現場岸邊預制固定錨，省去工廠預制運輸環節，提高施工效率；就位固定錨時，研制固定錨就位裝置，并采用運輸車、水陸兩用挖掘機配合吊運固定錨，實現單程多塊固定錨運輸就位安裝。

3.2 施工關鍵技術

3.2.1 提升固定錨抓地力技術

通過優化固定錨形狀呈梯形，有效降低水波沖擊力；同時錨底部兩側各增加3 個錨爪，增加固定錨抓地力的同時，便于固定兩個方陣的錨鏈，均衡兩方陣拉力，提高了光伏方陣抵抗風浪的能力，有效保證光伏方陣安全運行，適應性強，穩定性好。

3.2.2 現場預制固定錨技術

研制可拆卸可周轉利用的固定錨模具，通過現場拼裝模具、澆筑混凝土、養護等，實現現場預制固定錨，省去固定錨工廠預制及運輸工序，節約了運輸成本，縮短工期。

3.2.3 固定錨水上就位技術

利用兩艘小船、浮力裝置、發電機、電動葫蘆等研制一種水上光伏浮筒固定錨安裝裝置，通過裝置上的電動葫蘆升降固定錨實現水上固定錨安裝，該裝置解決了淺水域大型輪渡船無法運行及所需操作面大等問題，可操作性強，使用時不受水位和操作面的影響，可精準安裝固定錨，靈活性強，效率高，安全穩定。

利用水陸兩用挖掘機配合運輸船將固定錨水上吊運至固定錨安裝裝置，實現單程多塊固定錨運輸就位，大大提高固定錨安裝效率。

4.施工工藝及操作要點

4.1 基本工藝流程

施工準備→優化固定錨結構→固定錨預制→固定錨就位裝置設計及制作→水下平整→錨點測量定位→固定錨就位安裝→固定錨與方陣連接→固定錨運維。

4.2 操作要點

4.2.1 施工前的準備

（1）作業人員進場，進行必要的施工前工作。

（2）檢查施工機械是否性能良好，并進行維護；測量設備是否進行檢定，并在有效期內。

（3）熟悉圖紙，編制施工方案，準備好相關技術文件，并對施工人員做好質量和安全技術交底工作。

（4）施工所用材料已進場，有相應的質量證明書，進場驗收合格。

4.2.2 優化固定錨結構

將固定錨四面設計成梯形，以降低固定錨受到水波的沖擊力；固定錨下部兩側各設3 個錨爪，以提高固定錨抓地力，錨爪由鋼板焊接制成，每個錨爪鉆有3 個M12 的孔，其中2 個孔用于兩錨爪通過槽鋼進行螺栓連接固定，另外1 個孔用于固定方陣的錨鏈；

固定錨結構由3 件錨爪連接桿、2 件加強桿槽鋼、兩個面各3 個錨爪共6 個錨爪、3 根橫向配筋、3 根縱向配筋、1 個吊環、12 套M12×35 角螺栓(含1 平1 彈1 螺母)、6 套M12×30 六角螺栓(含1 平1 彈1 螺母)組成。固定錨尺寸根據設計要求的混凝土重量計算確定。

圖1 固定錨結構圖

4.2.3 固定錨預制

固定錨預制模具由1 張底板、4 張壁板組成。壁板呈等腰梯形結構，兩腰處鋼板外折15mm 寬，用于兩壁板螺栓固定。固定錨預制前，應將模具底板放置于高50mm的墊板上，確保錨爪組裝時呈30°。

固定錨澆筑前，先在模具底板上進行固定錨內部構件組裝，具體步驟為：

（1）用錨連接桿將兩側錨爪對應連接，為提高穩定性，用槽鋼將錨鏈接桿兩端分別固定，形成錨的底座。

（2）在錨的底座上安裝3 條錨橫向配筋、3 條錨縱向配筋，鋼筋與錨連接桿接觸點用鋼絲綁扎牢固；

（3）在固定錨的橫向配筋與縱向配筋的中間交叉點安裝吊環，調節吊環高度后用鐵絲綁扎固定，避免在后續澆筑混凝土時吊環移動。

（4）組裝固定錨模具，用M12×30 螺栓擰緊，防止澆筑時模板漲開。

（5）采用強度C30 混凝土澆筑固定錨，澆筑完成后需進行保養。

4.2.4 固定錨就位裝置的設計及制作

（1）固定錨就位裝置的設計

固定錨就位裝置由運輸船、船固定桿、操作平臺、門形架、3T 電動葫蘆、發電機、浮力提升裝置、可移動支撐桿等結構組成。

運輸船為長度6m 的小船，由發電機提供動力，兩艘船并排由4 根10#工字鋼制成的船固定桿焊接固定，每根桿與兩船有8 個焊接點，連接牢固可靠。兩船間距為1.8m，固定后兩船合二為一，動力和穩定性大大提升，同時兩船均有前后檔動力，可降低兩艘船在水上駕駛的難度，提高船的靈活性。為便于操作，操作平臺尺寸為長1.8m×寬1.8m，設在兩船之間的前后方，其下方設置由2 排油桶構成的浮力提升裝置，以提高船的浮力和穩定性。兩平臺中間設置門形架供提升和下放固定錨，固定錨運輸過程中，可在門型架下方設置兩根支撐桿，用于支撐固定錨。該裝置使用時，操作靈活性高，不受水域水深及可操作面影響，且固定錨安裝效率高，就位精準。

（2）固定錨就位裝置制作

如圖2所示，先將兩艘運輸船并排間隔1.8 米，用船固定桿焊接固定；其次將門型架架設在兩船之間并焊牢，門型架上安裝電動葫蘆，用于固定錨吊裝施工；然后在門形架兩側設置操作平臺，平臺正下方用油桶和角鋼制作浮力提升裝置；最后在船頭安裝發電機，為電動葫蘆供電。

圖2 固定錨就位裝置結構圖

浮力提升裝置由固定架立架、廢油桶、固定架橫擋及固定架壓桿制成。固定架焊接在操作平臺上，橫擋可以防止廢油桶向前后方向偏移，而廢油桶在自身浮力作用下，可很好的固定在壓桿下方。

4.2.5 水下平整

固定錨安裝位置水底不平整時，須采用水陸挖掘機進行水下平整；若位于岸邊且地表面不平整時，需向下挖50cm 左右深的坑(若放置點有大于50cm 深的淤泥層則可適當取消挖坑)，坑的大小以能滿足錨放置為準。

4.2.6 固定錨測量定位

根據現場的測量控制網（基準點），用RTK-GPS定位儀準確投放固定錨的位置，復核合格后采用明顯標識物進行標識，便于固定錨就位施工。

4.2.7 固定錨水上運輸

利用水陸鉤機配合運輸船進行固定錨的水上運輸。首先在鉤機鏟斗后背設置掛鉤，待固定錨混凝土強度達到要求后，用鋼絲繩將固定錨扎牢并掛在水陸鉤機掛鉤上，然后水陸鉤機將其吊至運輸船上，最后用運輸船將固定錨運送至錨點的標識附近。

4.2.8 固定錨水上就位安裝

（1）固定錨每個錨爪上用美式卸扣連接一根錨鏈，錨鏈有兩種規格，項目主通道錨塊上使用錨固定鏈條長，其余錨塊使用錨固定鏈條短。

（2）每根錨鏈另一端綁扎兩個明顯漂浮物作為標記，漂浮物綁扎位置應根據錨點水深深度確定，確保固定錨就位后可通過漂浮物找到錨鏈。

圖3 錨鏈安裝示意圖

（3）錨鏈綁扎完成后，將錨鏈放置在固定錨混凝土塊上，然后使用水上挖機鏟斗后背的掛鉤將綁扎在固定錨吊環上的鋼絲繩勾住，隨后吊起固定錨放置在固定錨就位裝置的平臺上。

（4）將固定錨就位裝置開至錨點標識位置，然后用RTK-GPS 進行定位坐標復核，準確無誤后，啟動裝置發電機，用電動葫蘆先將固定錨起吊一定高度，把支撐桿移開，落下固定錨，最后脫鉤收回鋼絲繩，關閉發電機。

（5）繼續下一個固定錨的就位安裝,直至固定錨安裝于方陣四周。

（6）安裝于方陣四周的固定錨，其每根錨鏈應作記號標明順序，避免后期錨鏈與方陣連接時混亂，影響方陣穩定性。

4.2.9 固定錨與方陣連接

（1）光伏方陣采用岸上分段組裝光伏陣列推移入水，水中拼裝方陣，船拖方陣就位的方法施工。

（2）方陣就位后，通過漂浮物找到錨鏈，先將方陣四角鏈條收緊，使方陣固定不動；再根據水深和設計要求，調節方陣四周的錨鏈長度，并用專用扣件將錨鏈與方陣浮筒連接，最后將方陣四角的錨鏈長度調整至設計要求。

（3）方陣四角的鏈條須同時收緊，防止收緊過程中方陣移動，且收緊后應進行坐標復核。

（4）光伏方陣南北兩邊每個浮筒對應一個錨。每個錨3 根鐵鏈與每個浮筒3 根南北線槽連接件連接并用銷軸長鎖住。

（5）光伏方陣東西兩邊每三排一個錨，每個錨3 根鐵鏈與每一架組件下座東側或組件下座西側連接。

（6）每個方陣的東北角和西北角的固定錨須增加一根錨鏈與最北邊東西連接桿連接。

（7）項目光伏區四周安裝的錨不能作為共用錨。

圖4 錨與光伏方陣連接示意圖

4.2.10 固定錨運維

固定錨施工完成后，應根據水位變化情況，調節錨鏈長度，確保固定錨能有效固定光伏方陣。

（1）當水位上漲時，應松開錨鏈，調長錨鏈長度，使之與水位適應，避免方陣沉入水中產生安全隱患或固定錨懸空無法固定方陣；

（2）當水位下降時，應將錨鏈收緊，避免錨鏈過長，受風浪影響方陣左右擺動導致組件碰撞損壞。

5.質量控制措施

5.1 固定錨預制質量控制點

（1）錨內部結構組裝時，錨爪螺栓須全部擰緊，不可出現松動。

（2）錨內部結構各零部件需嚴格按對應位置安裝。

（3）錨模具四周須預留孔以供螺栓緊固（M12×30外六角），防止澆筑時模板漲開。

（4）錨澆筑時，需采用強度C30 混凝土澆筑，并按要求進行保養。

5.2 固定錨安裝質量控制點

（1）錨安裝位置應平整，且水深≥3m。

（2）錨定位放置水平誤差需控制在±80 厘米以內。

（3）錨定位放置傾斜度需控制在5°以內。

（4）錨定位放置水平旋轉偏差需控制在10°以內。

（5）美式卸扣上必須使用開口銷，開口銷必須是不銹鋼材質的。

（6）當錨根據要求定位放置成功之后，每個錨上的錨鏈需使用記號標明順序。

結語：

廣西右江魚梁庫區里拉溝水面光伏項目采用水上漂浮式光伏支架浮筒固定錨施工技術，通過優化固定錨結構，有效提高光伏方陣抗風浪能力；研制預制模具，現場預制固定錨，省去了工廠預制運輸工序，節約了運輸成本；固定錨水上安裝裝置，可操作性強，使用時不受水位和操作面的影響，可精準安裝固定錨施工質量優良，榮獲中國安裝工程優質獎。該技術適用于水上漂浮式光伏支架浮筒固定錨的安裝，部分關鍵技術也可適用于水下設備就位安裝。該技術靈活性強，效率高，安全穩定，具有廣闊的推廣應用前景。