巖石錨桿基礎(chǔ)在某山地光伏電站中的應(yīng)用

摘要：近年來(lái)中央政府對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)高度重視，政府頻頻出臺(tái)光伏產(chǎn)業(yè)利好政策，大力拓展了國(guó)內(nèi)光伏市場(chǎng)，大量山地資源被用作開(kāi)發(fā)光伏電站。而山地具有地勢(shì)起伏大、土層薄、土地生態(tài)系統(tǒng)脆弱的特點(diǎn)，光伏支架多采用巖石錨桿基礎(chǔ)。文章針對(duì)具體項(xiàng)目情況，根據(jù)有關(guān)規(guī)范規(guī)程規(guī)定，介紹了巖石錨桿基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法。

關(guān)鍵詞：山地光伏電站；光伏支架；巖石錨桿基礎(chǔ)；抗拔力；結(jié)構(gòu)計(jì)算方法 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM615 文章編號(hào)：1009-2374（2015）14-0058-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.14.028

1 巖石錨桿基礎(chǔ)簡(jiǎn)介

巖石錨桿基礎(chǔ)適用于直接建在基巖上的柱基以及承受拉力及水平力較大的建筑物基礎(chǔ)，巖石錨桿是置于巖土體中并與巖土體緊密接觸的桿件，錨桿應(yīng)與基巖連為一個(gè)整體。

巖石錨桿基礎(chǔ)一般是把熱軋帶肋鋼筋固定于灌細(xì)石混凝土的巖石孔洞內(nèi)，借助巖石、細(xì)石混凝土、帶肋鋼筋之間的黏結(jié)力來(lái)抵抗上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的外力。

巖石錨桿基礎(chǔ)目前還沒(méi)有比較完整的設(shè)計(jì)規(guī)范，也沒(méi)有相應(yīng)的國(guó)標(biāo)圖集，目前對(duì)巖石錨桿做了規(guī)定的主要有《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50007-2002）》和《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程（CECS 22：2005）》。

2 某山地光伏電站情況介紹

某20MW太陽(yáng)能地面電站項(xiàng)目占地650畝，采用30°固定傾斜面方式設(shè)計(jì)安裝82400塊250W系列多晶硅太陽(yáng)電池組件，光伏電站總?cè)萘繛?0MW，本工程位于空置裸巖地區(qū)，場(chǎng)地具有明顯的山區(qū)特征。

本光伏電站光伏支架設(shè)計(jì)使用年限為25年，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期也為25年，支架結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為三級(jí)，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)，本地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為三組，光伏支架抗震設(shè)防類別為適度設(shè)防類，則光伏支架基礎(chǔ)的抗震構(gòu)造措施按照降低一度按照6度的要求來(lái)設(shè)計(jì)。

當(dāng)?shù)?5年一遇基本風(fēng)壓w0為0.36kN/m2，地面粗糙度類別為B類，巖石錨桿基礎(chǔ)間距為3m。根據(jù)地質(zhì)勘探資料，場(chǎng)地土層分布為：①層雜填土最厚0.3m；②層巖體完整較好的中風(fēng)化花崗巖，為較硬巖石，深度未揭穿，巖石與砂漿間的黏結(jié)強(qiáng)度特征值f=0.40MPa。

3 抗拔錨桿植筋計(jì)算

光伏支架及基礎(chǔ)立面圖如圖1所示：

圖1

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》表8.2.1，風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz=1.0，根據(jù)《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.8.7條，風(fēng)荷載體型系數(shù)μs=1.3，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》第8.2.2條，山地風(fēng)壓高度變化系數(shù)的修正系數(shù)η=1.5，垂直于組件的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為wk=μz×μs×η×

w0=1.0×1.3×1.5×0.36=0.7kN/m2，垂直于組件的風(fēng)荷載G1k=0.7kN/m2×3m×3.32m=6.972kN，地上鋼筋混凝土短柱和組件支架本身自重G2k=0.3m×0.3m×3.14/4×0.967m×25kN/m3+0.15kN/m2×3m×3.32m=3.2kN。

假設(shè)錨桿所受最大拔力標(biāo)準(zhǔn)值為G3k，傾覆力矩Mq=G1k×0.704m=6.972kN×0.704m=4.91kN·m，抗傾覆力矩Mk=G2k×0.15m+G3k×0.15m=0.48kN·m+G3k×0.15kN·m，根據(jù)《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算公式Mk/Mq≥1.6，計(jì)算得G3k≥49.2kN，則錨桿的軸向拉力設(shè)計(jì)值最大為Nt=G3k×分項(xiàng)系數(shù)1.4≥69kN。

據(jù)《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》第7.4.1條：As≥Kt×Nt/fyk=1.6×69kN/400N/mm2=276mm2，最終每個(gè)基礎(chǔ)下布置1根直徑為22mm（As=380mm2）的HRB400級(jí)（fy=360N/mm2，fyk=400N/mm2）帶肋鋼筋錨桿。

4 抗拔錨桿構(gòu)造要求

由《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》第8.6.1條可得：

第一，錨桿孔直徑d1宜取3×22mm=66mm，且不小于22mm+50mm=72mm，本基礎(chǔ)錨桿孔直徑最終取d1=100mm。

第二，水泥砂漿強(qiáng)度等級(jí)為30MPa，細(xì)石混凝土和基礎(chǔ)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)均為C30。

第三，錨桿插入上部的錨固長(zhǎng)度應(yīng)符合鋼筋的錨固要

求，即：La=α×fy×d/ft=0.14×360×d/1.43=35.3d，

按照四級(jí)抗震考慮LaE=La=35.3d=35.3×22=777mm。

第四，錨桿鋼筋錨入基巖的深度l不小于40×22mm=

880mm，取l=900mm。

第五，錨桿孔深為900mm+50mm=950mm。

第六，錨桿孔到基礎(chǔ)邊的距離不小于150mm，最終取為150mm。

5 抗拔錨桿承載力計(jì)算

由《巖石錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》第7.5.1條可得錨桿入巖錨固長(zhǎng)度：

以上兩式結(jié)果取大值800mm，由此可以看出錨桿入巖深度由鋼筋和水泥結(jié)石體之間的黏結(jié)強(qiáng)度控制，小于構(gòu)造要求900mm，最終錨桿錨入巖石的長(zhǎng)度取為900mm，錨桿孔深取為950mm。

根據(jù)《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》第8.6.3條，估算單根錨桿的抗拔承載力特征值：

Rt≤0.8×3.14×d1×la×f=0.8×3.14×100mm×

900mm×0.40MPa=90kN。

6 錨桿承載力檢測(cè)要求

根據(jù)規(guī)范公式計(jì)算出的Rt只是估算值，還要按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄M要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定是否能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，第M.0.1條規(guī)定，在同一場(chǎng)地同一巖層中的錨桿，試驗(yàn)數(shù)不得少于總錨桿數(shù)的5%，且不應(yīng)小于6根。采用現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)（現(xiàn)場(chǎng)破壞性檢驗(yàn)）確定時(shí)，對(duì)于永久性錨桿的初步試驗(yàn)荷載應(yīng)為2Rt=180kN。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄X第X.0.2條：最大試驗(yàn)荷載Qmax所產(chǎn)生的應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的0.8倍，則Qmax≤0.8×As×fyk=0.8×380mm2×400N/mm2=121kN，按上式計(jì)算所得的與2Rt=180kN比較，二者取小值121kN，作為錨桿抗拉拔試驗(yàn)的檢驗(yàn)荷載，試驗(yàn)完畢后，將所得根據(jù)M.0.6條經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，取得錨桿極限承載力數(shù)據(jù)，最終的錨桿抗拔承載力特征值為極限承載力除以安全系數(shù)2。經(jīng)檢測(cè)，本工程單根錨桿的抗拔承載力均滿足試算結(jié)果要求。

7 結(jié)語(yǔ)

巖石錨桿基礎(chǔ)可充分利用巖石堅(jiān)固耐久和鋼筋抗拉強(qiáng)度高的特點(diǎn)，在施工難度較大的山區(qū)采用可縮短建設(shè)周期、節(jié)省材料、保護(hù)環(huán)境，在充分考慮錨桿和被錨固體的穩(wěn)定性及施工可行性的基礎(chǔ)上，可在山區(qū)光伏電站工程中推廣使用。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫紹東，胡海濤，井彥青，李華亭.抗浮錨桿合理設(shè)計(jì)探討[J].建筑結(jié)構(gòu)，2013，（22）.

[2] 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[3] 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] 光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] 巖石錨桿（索）技術(shù)規(guī)程[S].

作者簡(jiǎn)介：孫海燕（1983-），女，信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計(jì)研究院科技工程股份有限公司華東分院工程師，國(guó)家一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)師，國(guó)家一級(jí)注冊(cè)建造師，研究方向：土木工程。

（責(zé)任編輯：陳 倩）