太陽能光伏陣列支架基礎設計

沙蓓 管梅梅 張志超

中國核工業(yè)二三建設有限公司華東分公司

摘要：隨著新能源的不斷發(fā)展，太陽能光伏發(fā)電應用范圍越來越廣泛，結合光伏支架上部荷載小、基礎數(shù)量多的特點，論述光伏支架的基礎形式，合理的基礎方案可以取得最優(yōu)技術經(jīng)濟性。利用預制薄壁構件做基礎，采用新的基礎形式，打破傳統(tǒng)的基礎設計理念，達到基礎工程量最小，可以大幅度降低工程造價，取得良好的經(jīng)濟效益。

關鍵詞：太陽能 支架基礎 基礎選型 光伏

引言

根據(jù)《建筑地基技術處理規(guī)范》、《建筑地基基礎設計規(guī)范》、《建筑抗震設計規(guī)范》的要求，論述光伏支架的基礎形式。

太陽能光伏產(chǎn)業(yè)在現(xiàn)在和將來的能源利用中，將起到主要的作用。目前，各個國家對太陽能光伏電池的需求正在不斷增加。太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的原料來源于大地上的硅。對我們來說，幾乎是取之不盡用之不竭的，在未來將會有重要的發(fā)展前景。太陽能是未來最清潔、安全和可靠的能源，發(fā)達國家正在把太陽能的開發(fā)利用作為能源革命主要內(nèi)容長期規(guī)劃，光伏產(chǎn)業(yè)正日益成為國際上繼IT、微電子產(chǎn)業(yè)之后又一爆炸式發(fā)展的行業(yè)。與水電、風電、核電等相比，太陽能發(fā)電沒有任何排放和噪聲，應用技術成熟，安全可靠；除大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電和離網(wǎng)應用外，太陽能還可以通過抽水、超導、蓄電池、制氫等多種方式儲存，太陽能+蓄能幾乎可以滿足世界未來穩(wěn)定的能源需求。

與此同時，我們將會考慮到施工和造價的問題。在太陽能發(fā)電應用中光伏發(fā)電工程支架基礎工程量在整個工程造價中占較大比重，基礎選型直接影響工

程投資、施工組織和施工工期。在滿足規(guī)范要求的前提下，支架基礎優(yōu)化方案成為光伏工程土建部分的重點課題。

某工程為山地項目，站址屬山麓斜坡堆積地貌，站址區(qū)內(nèi)溝壑發(fā)育，地形起伏較大，地層主要由黃土狀粉土、碎石等組成，靠近山體的地勢較高地段有基巖零星分布。根據(jù)現(xiàn)階段地質資料，支架基礎方案推薦采用以下五種：現(xiàn)澆獨立基礎；預制條形基礎；微型鋼筋混凝土灌注樁基礎；鋼制地錨樁基礎；預成孔地錨樁基礎。

第一種為現(xiàn)澆混凝土獨立基礎，該方案是采用傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土基礎，根據(jù)計算結果，取混凝土強度等級為C30，基礎底板尺寸0.6x0.6m，主柱截面為0.2x0.2m，基礎埋深1.0m，主柱高出地面0.3m。主柱縱向受力鋼筋為4根Ф12鋼筋，箍筋為Ф6@200mm，沿主筋均勻分布，鋼筋保護層厚度35mm。主柱頂部預埋螺栓與光伏陣列支架支腿連接，滿足安全及強度要求。1MWp的基礎需混凝土233m3 ，鋼筋12.5t，1MWp工程造價約為1287萬。獨立混凝土基礎作為傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土基礎方案，具有施工工藝簡單，適于各種地質條件的優(yōu)點，但獨立基礎要開挖和回填，需要對現(xiàn)澆混凝土支模養(yǎng)護，用水量很大，施工周期長，施工人員多，施工費用高，且不利于周圍植被的保護，對環(huán)境影響較大。。

第二種為預制條形基礎：2.6mx0.4mx0.7m（長x寬x高），基礎底標高為-0.40m（相對標高），高出廠區(qū)地坪0.30m，混凝土強度等級C30?；A全長范圍內(nèi)鋼筋要求為：主筋為4根Ф12鋼筋，箍筋為Ф6@250mm，沿主筋均勻分布，鋼筋保護層厚度35mm。基礎頂預留螺栓。光伏陣列支架柱與基礎頂預留埋件采用螺栓連接，連接必須滿足安全、不均勻沉降要求。施工采用機械或人工開挖，之后將預制基礎就位，最后采用原狀土回填。1MWp的土石方開挖3687m3，土石方回填3134m3，基礎混凝土245.5m3，鋼筋17.4 t ，墊層：

121m3，1MWp工程造價約為1617萬元。預制條形基礎具有防止不均勻沉降、適應較差地質條件的優(yōu)點，但條形基礎也需要開挖和回填，不利于周圍植被的保護，對環(huán)境影響較大，且施工周期較長，施工費用高。

第三種為微型鋼筋混凝土灌注樁基礎，基礎采用微型鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，根據(jù)計算結果，取樁徑300mm，前樁樁長1.6m，埋深1.3m；后樁樁長1.8m，埋深1.5m。混凝土強度等級C30。樁身全長范圍內(nèi)鋼筋籠要求為：主筋為5根Ф10 鋼筋，箍筋為Ф6@100/200mm，沿主筋均勻分布，鋼筋保護層厚度50mm。1MWp的土石方開挖4424m3，土石方回填3760m3，基礎混凝土218.8m3，鋼筋13.5 t ，墊層104m34，1MWp工程造價約為8.41x33=1597.5萬。基礎樁頂應居中預埋地腳螺栓。光伏陣列支架立柱與基礎采用螺栓連接，連接必須滿足安全及強度要求。微型鋼筋混凝土灌注樁采用微型機械成孔設備，施工速度較快，沒有土方開挖及回填，工程造價低，工期較長。

第四種為鋼制地錨樁基礎，基礎采用鋼制地錨樁，根據(jù)計算結果，取鋼管直徑為0.076m，樁長1.8m，入土深度1.6m，1472根/方陣。1MWp工程造價約為1320萬。對鋼制地錨樁樁徑及樁長進行設計驗算，以保證其能滿足豎向承載能力，水平承載能力、抗拔承載能力以及抗傾覆承載力的要求；采取可靠連接措施以保證鋼制地錨樁與上部支架系統(tǒng)安全連接；采取相應防腐措施保證鋼質地錨的使用壽命達到抗腐蝕要求。鋼制地錨樁具有施工速度快，環(huán)保和節(jié)約施工及運輸成本的優(yōu)點，雖然鋼制地錨樁造價相對較高，但可大大縮短施工工期，并且不存在塌孔的問題。

第五種為預成孔地錨樁基礎，預成孔地錨樁適用于堅硬土層，如卵石層和巖石層。根據(jù)計算結果，預成孔地錨樁成孔直徑僅需150mm左右，樁長1.8m，入土深度1.6m，其中0.6m采用直徑為0.076m鋼管，鋼管以下部分采用焊接鋼筋錨固。1MWp工程造價為1320萬。成孔機械為專業(yè)的鉆巖機，施工技

術簡便、成熟。對地錨樁樁徑及樁長進行設計驗算，以保證其能滿足承載能力的要求；采取可靠連接措施以保證地錨樁與上部支架系統(tǒng)安全連接；采取相應防腐措施保證鋼質地錨的使用壽命達到抗腐蝕要求。地錨樁具有施工速度快，環(huán)保和節(jié)約施工成本的優(yōu)點，且對地質條件要求較低。

光伏支架基礎方案確定，通過對五種基礎形式技術及經(jīng)濟對比，鋼制地錨樁與預成孔地錨樁基礎方案雖然造價相對較高，但施工快，工期短，可以減小地基土濕陷性的影響，水土保持好，且針對堅硬土的地質情況，有其獨特的優(yōu)越性，同時結合現(xiàn)階段工程地質情況，擬采用預成孔地錨樁基礎。待下階段根據(jù)區(qū)域地質情況及總平面布置對基礎形式做進一步優(yōu)化。

參考文獻

【GB 50007-2011】 中國建筑工業(yè)出版社 《建筑地基基礎設計規(guī)范》

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2013-06-01 246頁