光伏電站巖土工程勘察的探討

徐澤友 鄧 霞

(1.南京南大巖土工程技術(shù)有限公司,江蘇 南京 210000； 2.羲和太陽(yáng)能電力有限公司，江蘇 南京 210012)

?

光伏電站巖土工程勘察的探討

徐澤友1鄧 霞2

(1.南京南大巖土工程技術(shù)有限公司,江蘇 南京 210000； 2.羲和太陽(yáng)能電力有限公司，江蘇 南京 210012)

根據(jù)光伏項(xiàng)目自身的工程特點(diǎn)和要求，考慮影響地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工的關(guān)鍵要素，針對(duì)性的制定了地質(zhì)勘察內(nèi)容和勘察工作方法，有利于為光伏電站工程提供全面、客觀(guān)的地質(zhì)報(bào)告和巖土工程設(shè)計(jì)參數(shù)。

光伏電站，地質(zhì)勘察，巖土，基礎(chǔ)方案

1 概述

近年來(lái)，作為綠色環(huán)保新能源的光伏發(fā)電在我國(guó)得到迅速發(fā)展，對(duì)緩解大氣污染發(fā)揮了積極作用。然而與之相對(duì)應(yīng)的巖土工程勘察設(shè)計(jì)工作，現(xiàn)階段缺乏國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的支持。光伏電站的主要建(構(gòu))筑物不同于一般的工民建，其主要建(構(gòu))筑物包括光伏陣列，逆變器和升壓站等。此類(lèi)建(構(gòu))筑物具有荷載相對(duì)較小但數(shù)量眾多且分散的特點(diǎn)，其主要的受影響土層為淺部土層。通過(guò)總結(jié)蘇北地區(qū)近年來(lái)光伏基站勘察工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合此類(lèi)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工的技術(shù)要求，歸納出光伏勘察的技術(shù)特點(diǎn)和工作方法，提供合理的巖土工程參數(shù)。

2 光伏項(xiàng)目的特點(diǎn)

2.1 荷載分布特點(diǎn)

光伏項(xiàng)目通常占地面積很大，擬建物包括光伏組件、電池板支架、地埋線(xiàn)路、逆變器室及管理用房等附屬設(shè)施。光伏組件系統(tǒng)通常由多晶硅板及其鋼結(jié)構(gòu)支架和連接件組成，支架柱腳與基礎(chǔ)連接，常用的基礎(chǔ)形式有獨(dú)立柱基、條基、預(yù)埋式混凝土基礎(chǔ)、灌注樁(短樁)基礎(chǔ)及鋼螺旋基礎(chǔ)等，基礎(chǔ)埋置深度一般不大于2.0 m。逆變器室及管理用房一般為1層或2層的框架結(jié)構(gòu)或磚混結(jié)構(gòu)，少數(shù)采用移動(dòng)裝配式，荷載不大，通常采用天然地基。遇巖土體軟弱時(shí)，可采用地基處理的方式簡(jiǎn)單加固。

2.2 建設(shè)工期及效益

光伏項(xiàng)目享受?chē)?guó)家補(bǔ)貼的時(shí)效性較強(qiáng)，因此建設(shè)單位通常對(duì)勘察、設(shè)計(jì)和施工的工期要求較高，以便在國(guó)家規(guī)定的期限內(nèi)完成發(fā)電并網(wǎng)。

3 地質(zhì)勘察內(nèi)容和工作方法

3.1 勘察布孔原則

現(xiàn)行GB 50021—2001巖土工程勘察規(guī)范主要針對(duì)房屋建筑和構(gòu)筑物的勘察作業(yè)，因光伏項(xiàng)目荷載特點(diǎn)的特殊性(荷載小且分散)，根據(jù)以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，勘察孔布置可在現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范要求的基礎(chǔ)上降低一級(jí)使用。例如，已建的淮安市劉老莊二期4 MWp項(xiàng)目，位于民便河?xùn)|側(cè)，其地基復(fù)雜程度等級(jí)為二級(jí)(中等復(fù)雜)，勘察點(diǎn)布置時(shí)降為三級(jí)(簡(jiǎn)單地基)按30 m～50 m布孔，共布置22個(gè)勘探點(diǎn)，其中取土孔12個(gè)，靜力觸探孔10個(gè)。再如已建洪澤7 MWp農(nóng)光互補(bǔ)項(xiàng)目位于洪澤縣三河鎮(zhèn)塘西村，地貌類(lèi)型屬?zèng)_洪積平原，其地基復(fù)雜程度等級(jí)為三級(jí)，勘察點(diǎn)布置時(shí)降低一級(jí)按100 m左右的間距較為適宜。但逆變器室為房屋建筑，不建議降低地基復(fù)雜程度等級(jí)，通常按二級(jí)即15 m～30 m進(jìn)行布置。

3.2 勘察手段

根據(jù)勘察目的和任務(wù)，光伏項(xiàng)目工程地質(zhì)勘察主要采用工程地質(zhì)調(diào)查、水文地質(zhì)調(diào)查，結(jié)合鉆探、取樣、室內(nèi)巖土試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)等原位測(cè)試手段。因基礎(chǔ)埋深較淺及結(jié)構(gòu)受力較為分散，勘察時(shí)應(yīng)重點(diǎn)查明淺部土層分布情況，對(duì)基底埋深附近土層嚴(yán)格按GB 50021的要求執(zhí)行，對(duì)深部土層可適當(dāng)減少取樣和原位測(cè)試數(shù)量。

3.3 勘察孔深

勘察孔深的確定：光伏組件荷重較小，對(duì)地基承載力要求不高，對(duì)沉降變形要求亦低，除極端軟弱土外，一般地基都能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，也不需要進(jìn)行變形驗(yàn)算。因此，勘察孔深5.0 m～6.0 m可滿(mǎn)足要求。但當(dāng)場(chǎng)地起伏較大時(shí)應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)整平標(biāo)高及基礎(chǔ)埋置深度調(diào)整勘察孔深度。此外，當(dāng)場(chǎng)地或場(chǎng)地附近沒(méi)有可信的資料時(shí)，至少應(yīng)有1個(gè)勘探孔滿(mǎn)足劃分建筑場(chǎng)地類(lèi)別對(duì)覆蓋層厚度的要求。

4 工程地質(zhì)評(píng)價(jià)與基礎(chǔ)方案

4.1 工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

基礎(chǔ)承受的荷載主要為支架組件系統(tǒng)自重、風(fēng)荷載、雪荷載、地震荷載等。不同的巖土層條件對(duì)設(shè)計(jì)和施工方法的選取影響很大，應(yīng)根據(jù)擬選用的基礎(chǔ)形式和巖土層條件對(duì)設(shè)計(jì)和施工可能產(chǎn)生的影響提出方案建議?，F(xiàn)以劉老莊二期4 MWp項(xiàng)目為例加以說(shuō)明，根據(jù)該項(xiàng)目場(chǎng)地勘察揭露的巖土層條件，第①層填土層，結(jié)構(gòu)松散，局部為河道底部流塑狀淤泥質(zhì)填土，工程性質(zhì)差；第②層粉土夾粉質(zhì)粘土層，中密，濕，工程性質(zhì)較差；第③層粘土，軟塑，局部分布，工程性質(zhì)較差；第④層粘土，可塑，工程性質(zhì)一般；第⑤層粉土，中密～密實(shí)，中等壓縮性，工程性質(zhì)相對(duì)較好。

場(chǎng)地淺部土層物理力學(xué)性質(zhì)一般，擬建逆變—升壓?jiǎn)卧安糠峙涮自O(shè)施荷載較小，可采用天然地基方案，以②層粉土夾粉質(zhì)粘土作為基礎(chǔ)持力層。場(chǎng)地淺部粉土為輕微液化土層，基槽開(kāi)挖后，建議鋪設(shè)一定厚度的砂石墊層，并加強(qiáng)地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。擬建光伏支架部分位于場(chǎng)地排污河道內(nèi)，建議采用預(yù)制樁基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)要求的單樁荷載80 kN～100 kN，建議采用直徑300 mm～500 mm管樁，以④層及以下地層作為樁端持力層。

4.2 水文地質(zhì)條件

劉老莊二期4 MWp項(xiàng)目，勘察深度范圍內(nèi)揭露的含水層為第②層和第④層粉土層，地下水類(lèi)型為上層滯水或潛水，水量較小，主要接受大氣降水及河流側(cè)向滲流補(bǔ)給，排泄方式為自然蒸發(fā)、人工抽取及向河流的側(cè)向滲流?？碧狡陂g，量測(cè)地下水穩(wěn)定水位埋深平均1.97 m,勘察期間測(cè)得場(chǎng)地內(nèi)排污河道東側(cè)水面標(biāo)高7.55 m，受水閘阻隔影響，西側(cè)水面標(biāo)高6.21 m。根據(jù)地區(qū)水文經(jīng)驗(yàn)，年變化幅度約1 m～2 m。

該項(xiàng)目因距民便河較近，除進(jìn)行通常的地質(zhì)勘察工作外，還進(jìn)行了水文地質(zhì)調(diào)查，根據(jù)收集到的資料，場(chǎng)地西側(cè)民便河歷史最高水位為8.6 m,最低水位3.3 m，正常水位7.5 m。場(chǎng)地抗浮設(shè)計(jì)水位及防洪內(nèi)澇水位建議取民便河最高水位8.6 m。

4.3 水土腐蝕性

光伏項(xiàng)目基礎(chǔ)埋深淺，水土對(duì)混凝土及鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕性對(duì)基礎(chǔ)選型有直接影響，因此水土腐蝕性評(píng)價(jià)是光伏電站地質(zhì)勘察的重要內(nèi)容。GB 50021規(guī)范對(duì)水土試樣的采取數(shù)量規(guī)定為每個(gè)場(chǎng)地不少于2件，而光伏電站場(chǎng)地面積相對(duì)工業(yè)與民用建筑來(lái)說(shuō)要大許多，對(duì)水土試樣取樣數(shù)量的要求應(yīng)高于GB 50021規(guī)范，可根據(jù)場(chǎng)地環(huán)境類(lèi)型和場(chǎng)地實(shí)際面積，適當(dāng)增加腐蝕性水土樣的數(shù)量，且應(yīng)在整個(gè)場(chǎng)地內(nèi)均勻布置，能代表整個(gè)場(chǎng)地。通常在勘察工作開(kāi)始之前即應(yīng)搜集場(chǎng)地所在區(qū)域或鄰近區(qū)域的相關(guān)資料，是否有腐蝕源，是否有工業(yè)排污等等，以便對(duì)場(chǎng)地水土腐蝕性做出初判，以此為基礎(chǔ)合理安排水土取樣，以更準(zhǔn)確全面地做出場(chǎng)地的水土腐蝕性評(píng)價(jià)。

4.4 特殊性巖土

光伏項(xiàng)目基礎(chǔ)通常落在淺層巖土層中，地基基礎(chǔ)對(duì)特殊性巖土如紅粘土、鹽漬土、膨脹土、濕陷性黃土、凍土等十分敏感，因此，光伏電站的勘察應(yīng)事先調(diào)查場(chǎng)地特殊性巖土的分布，并采取相應(yīng)的勘探方法查明其分布及特性。

洪澤7 MWp農(nóng)光互補(bǔ)項(xiàng)目位于洪澤縣三河鎮(zhèn)，勘察中發(fā)現(xiàn)有紅粘土，其天然含水率、飽和度、塑性界限和天然孔隙比都很高，卻具有較高的力學(xué)強(qiáng)度和較低的壓縮性，這與具有類(lèi)似指標(biāo)的一般粘性土力學(xué)強(qiáng)度低、壓縮性高的規(guī)律完全不同，往往表現(xiàn)為地表較硬，向下逐漸變軟，逐漸過(guò)渡為可塑、軟塑狀態(tài)，隨著這種由硬變軟現(xiàn)象，巖土體的天然含水率、含水比和天然孔隙比也隨深度遞增，力學(xué)性質(zhì)則相應(yīng)變差。在項(xiàng)目勘察期間，對(duì)紅粘土分布區(qū)域，根據(jù)光伏工程的需要?jiǎng)澐殖黾t粘土類(lèi)型的空間分布，并分別進(jìn)行工程評(píng)價(jià)、提出特性參數(shù)。對(duì)光伏項(xiàng)目此類(lèi)輕型建筑物的基礎(chǔ)埋深應(yīng)大于大氣影響急劇層的深度，在此前提下，基礎(chǔ)宜淺埋，充分利用淺部硬殼層，并進(jìn)行下臥層承載力驗(yàn)算。

5 結(jié)語(yǔ)

光伏電站作為新能源，發(fā)展前景廣闊，該類(lèi)項(xiàng)目場(chǎng)地的勘察設(shè)計(jì)工作正處于探索和經(jīng)驗(yàn)積累時(shí)期。本文根據(jù)光伏項(xiàng)目組件分布廣、分散性大的特點(diǎn)，以蘇北地區(qū)已建成的光伏電站工程實(shí)例，探討了工程勘察中面臨的各種技術(shù)問(wèn)題，提出要依據(jù)勘察目的和任務(wù)，針對(duì)性的制定勘察方案，進(jìn)行工作量布置、工程地質(zhì)評(píng)價(jià)和勘察方案選取等，使勘察成果具有更好的目的性和針對(duì)性，滿(mǎn)足光伏項(xiàng)目荷載特點(diǎn)的設(shè)計(jì)和施工要求。

[1] 王進(jìn)聰.陸上風(fēng)電、光伏項(xiàng)目勘察要點(diǎn)[J].工程勘察，2016(S2):131-135.

[2] 宋向輝.太陽(yáng)能光伏發(fā)電場(chǎng)地的勘察和評(píng)價(jià)[J].山西建筑，2016,42(20):72-73.

Discussion on survey of solar energy photovoltaic power plant

Xu Zeyou1Deng Xia2

(1.NanjingNandaGeotechnicalEngineeringTechnologyCo.,Ltd,Nanjing210000,China; 2.SharePowerCo.,Ltd,Nanjing210012,China)

According to the characteristics and requirements of photovoltaic power project, pay attention to the key factors affecting the design and construction of the foundation, geological survey task and method shold be reasonably determined for its characteristics. It will be good for providing photovoltaic power station project with comprehensive and objective geolvgical report and geotechnical engineering design parametrs.

photovoltaic power plant, geological survey, geotechnical, foundation scheme

1009-6825(2017)07-0049-02

2016-12-23

徐澤友(1975- )，男，工程師； 鄧 霞(1979- )，女，工程師

P624

A