山地光伏電站支架基礎(chǔ)類型分析及選型

張漢鑫

浙江大唐國(guó)際新能源有限責(zé)任公司 浙江杭州 310000

人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)健康經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展正不斷遭遇著巨大環(huán)境挑戰(zhàn)，盡快徹底改變過于過度依靠天然化石生物燃料的傳統(tǒng)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，發(fā)展和合理充分利用清潔而安全諸如太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能這些可再生清潔能源已經(jīng)逐漸成為我們促進(jìn)國(guó)家健康經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)發(fā)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(fā)利用的新型可再生清潔能源，它同樣具備很強(qiáng)的能源開發(fā)和綜合利用市場(chǎng)潛力。

1 光伏支架基礎(chǔ)型式分析

1.1 鋼制螺旋地錨基礎(chǔ)

就其支架材料以及螺旋生產(chǎn)支架制造工藝技術(shù)兩個(gè)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(zhǎng)了各種螺旋整體樁生產(chǎn)使用壽命；由于其加工過程比較復(fù)雜，因此用戶需要對(duì)其支架進(jìn)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(chǎn)質(zhì)量。螺旋造型樁的生產(chǎn)直徑和使用樁長(zhǎng)由于需要受到這種生產(chǎn)工藝的很大限制，當(dāng)這種基礎(chǔ)樁的荷載能力大于或或者超出了這種螺旋樁加工生產(chǎn)的基礎(chǔ)承載能力要求范圍，一般就不會(huì)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(zhì)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(huán)境、裝置以及對(duì)人力的要求等方面來說，由于樁機(jī)直接植入地下形成樁，施工速度快，不受季節(jié)性和施工環(huán)境條件的影響，而且無必再依靠水源，施工時(shí)噪音較小。樁機(jī)操作簡(jiǎn)便，施工人員經(jīng)簡(jiǎn)易培訓(xùn)后即可按時(shí)上崗進(jìn)行作業(yè)，可以依照施工進(jìn)度的要求自行增減。

就其支架施工過程費(fèi)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(duì)于建筑地基土的化學(xué)腐蝕性比較敏感，所以其樁身的施工價(jià)格相對(duì)偏高；但是其整個(gè)工期的成本可控性也比較好，不必現(xiàn)場(chǎng)人工攪拌鋼筋混凝土及人工澆筑，所以人體勞動(dòng)力的使用成本相對(duì)較低。

1.2 微孔灌注樁基礎(chǔ)

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

就成樁鉆孔機(jī)的施工工藝而言，鉆孔機(jī)就是在進(jìn)行成樁鉆孔工作完成后，放入一個(gè)鋼筋籠，進(jìn)行鋼筋混凝土的混合澆筑，通過現(xiàn)場(chǎng)用的振動(dòng)棒密實(shí)混合成孔的樁如果坑壁土質(zhì)過于疏松的則不能直接進(jìn)行成樁鉆孔須同時(shí)采用鋼筋水泥漿加固護(hù)壁的鉆孔工藝處理方法即可來有效提高坑壁的土質(zhì)穩(wěn)定性。灌注后需要等到鋼筋混凝土充分灌注達(dá)到一定受力強(qiáng)度時(shí)候后才能進(jìn)行開始施工進(jìn)行上部鋼筋支架的焊接安裝，施工工藝相對(duì)復(fù)雜，施工進(jìn)行速度緩慢。

就鉆孔施工的環(huán)境、裝置以及對(duì)人力的要求等方面來說，鉆孔施工的各個(gè)階段都必須使用鉆孔機(jī)械進(jìn)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(jī)械和對(duì)人力資源的投入較大。

就其施工費(fèi)用而言，樁身的混凝土使用量及其對(duì)鋼筋籠的使用量較多，養(yǎng)護(hù)周期較長(zhǎng)，施工費(fèi)用較高。

2 實(shí)際案例

某新疆沙漠邊緣光伏電站，該項(xiàng)列節(jié)目的一期建設(shè)選址場(chǎng)地東部位于我國(guó)新疆西北部沙漠邊緣，場(chǎng)址中部位于新疆沙漠西部戈壁灘的荒灘，地勢(shì)較平緩開闊，地基基礎(chǔ)土層在外部受到電站建筑物內(nèi)部基礎(chǔ)土層荷載壓力作用強(qiáng)度影響的土層深度10米范圍內(nèi)由微軟礫質(zhì)的砂土層和地層板塊組成，地層間的分布是連續(xù)、穩(wěn)定的。礫砂層的厚度大，結(jié)構(gòu)中密-緊實(shí)，壓縮能力相對(duì)較低，承載能力的特征值一般為280-350kpa，力學(xué)性質(zhì)相對(duì)較好。

由于本次項(xiàng)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(duì)較小，擾動(dòng)后的整體地基比較不穩(wěn)定。同時(shí)在大量暗挖、開挖濫填后的這勢(shì)必會(huì)對(duì)整個(gè)區(qū)域環(huán)境造成未來更為嚴(yán)重的動(dòng)植物資源破壞和嚴(yán)重水土資源流失，加劇了整個(gè)區(qū)域生態(tài)荒落荒漠化的嚴(yán)重程度，這與通過建設(shè)大型光伏電站推動(dòng)發(fā)展和充分利用當(dāng)?shù)鼐G色自然資源的傳統(tǒng)想法背道而馳。因此，本二期工程的光伏電站支架結(jié)構(gòu)地基主體選型將盡量不破壞原有土層主體結(jié)構(gòu)的基本地基主體現(xiàn)狀和原有土層內(nèi)部結(jié)構(gòu)的主體現(xiàn)狀，不破壞原有土層主體結(jié)構(gòu)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(shí)在我們進(jìn)行建筑基礎(chǔ)材料選型的過程時(shí)候也還應(yīng)該特別要注意加大建材地基與建筑砂土之間的應(yīng)力摩擦運(yùn)動(dòng)面積，增大建筑地基的砂土抗拔抗蝕能力。本項(xiàng)目工程中光伏電站發(fā)電系統(tǒng)支架上的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)采用單層鋼制大理石葉片上的螺旋地錨作為基礎(chǔ)，螺旋地錨葉片上向外伸角的寬度相應(yīng)≥80mm，厚度相應(yīng)≥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(zhǎng)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(jīng)現(xiàn)場(chǎng)最大荷載能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證，該型電力基礎(chǔ)單樁的最大抗拔負(fù)荷能力范圍為8-16kn，單樁最大豎向負(fù)荷承載能力10kn，滿足各種結(jié)構(gòu)特殊樁的使用能力要求。

3 結(jié)語

大型光伏電站的基礎(chǔ)支架支撐基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式設(shè)計(jì)選型方法應(yīng)以各種光伏電站支架所處應(yīng)用區(qū)域的基本場(chǎng)地結(jié)構(gòu)地質(zhì)條件狀況要求為主要考慮切入點(diǎn)，充分考慮各種支撐基礎(chǔ)支架型式的結(jié)構(gòu)材料和組件制造設(shè)備工藝、施工設(shè)備技術(shù)、施工過程成本等風(fēng)險(xiǎn)控制相關(guān)因素，綜合考慮選擇既能充分滿足場(chǎng)地結(jié)構(gòu)性和安全性能的要求又又能有利于同時(shí)實(shí)現(xiàn)大型光伏電站成本收益發(fā)揮最大化的各種支撐支架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式。