光伏電站組件支架沙地混凝土灌注樁基礎(chǔ)施工技術(shù)研究與應(yīng)用

楊衛(wèi)

中國水電建設(shè)集團十五工程局有限公司 陜西 咸陽 712000

隨著光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，特別是青海、甘肅、新疆、西藏等日照資源豐富的西北地區(qū)，光伏電站的發(fā)展已經(jīng)形成了相當成熟的產(chǎn)業(yè)鏈條。如青海省近幾年已建成及未來幾年計劃新建的光伏電站年發(fā)電規(guī)?？偭勘３衷?000MWp以上。如何適應(yīng)光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，如何高效率、高質(zhì)量的完成光伏電站土建施工部分，這就需要我們不斷的摸索、創(chuàng)新，尋求新技術(shù)、研究新工藝、制定新流程、配備新裝備、應(yīng)用新材料，以滿足光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。為此，我們依托國電投格爾木光伏電站Ⅳ標A包土建工程，成立了該項目施工的科研課題小組，進行了大量的摸索、創(chuàng)新。針對本工程在荒漠沙地區(qū)域，工期緊，施工強度高，測量任務(wù)重，造孔難度大，灌注樁澆筑和螺栓預(yù)埋安裝質(zhì)量難以保證等的施工特點，經(jīng)過研究和現(xiàn)場試驗總結(jié)提出了灌注樁澆筑采用測量定位--造孔--放置套管--下放鋼筋籠--澆筑混凝土-- 安裝預(yù)埋件-- 養(yǎng)護施工工藝，并在灌注樁施工過程中提出4個創(chuàng)新點。全面掌握了荒漠沙地條件下組件支架基礎(chǔ)混凝土灌注樁的施工流程和施工方法，使格爾木光伏電站的各主要節(jié)點目標得以按期實現(xiàn)，組件支架基礎(chǔ)混凝土灌注樁施工質(zhì)量完全滿足設(shè)計要求，整體施工質(zhì)量良好。

1 工程概況

青海格爾木光伏電站工程場址區(qū)位于格爾木市以東30km處荒漠沙地上，占地面積約為2.5km2。海拔高程在2800m-2900m之間?？傃b機容量為200MWp，工程的主要任務(wù)是發(fā)電。場址區(qū)場地開闊、地勢平坦。交通便利，運輸方便。

格爾木光伏電站Ⅳ標A包電池陣列由24個1MWp子方陣組成，組件支架混凝土灌注樁基礎(chǔ)共計42144個，灌注單樁總長度1.6m，樁身入土深度1.2m-1.4m，外露不小于0.2m-0.4m，樁徑0.25m。

2 成果的主要用途及研究的內(nèi)容

2.1 成果的主要用途

由于格爾木光伏電站Ⅳ標A包地處荒漠沙地區(qū)域，工期緊，施工強度高，測量任務(wù)重，造孔難度大，灌注樁澆筑和螺栓預(yù)埋安裝質(zhì)量難以保證，采用該成果不受施工現(xiàn)場特殊條件的限制，施工設(shè)備簡單，操作方便，成本低，生產(chǎn)效率高，對周邊環(huán)境破壞小。有效地解決了沙地光伏電站組件支架基礎(chǔ)灌注樁在施工中的測量任務(wù)重、造孔難度大、澆筑和螺栓預(yù)埋質(zhì)量保證難等一系列根本問題。

2.2 研究的內(nèi)容

2.2.1 測量放樣

由于光伏電站建設(shè)周期短，施工強度大，子陣樁基礎(chǔ)較多，采用傳統(tǒng)的測量方法效率較低，在測量過程中無法與支架基礎(chǔ)灌注樁混凝土澆筑的進度銜接起來。經(jīng)該項目施工科研組研究采用了網(wǎng)格法進行整體控制測量，人工掛鉛絲加密樁位的方法進行測量放線，保證了施工工期。具體施工方法如下：

1）在測量放線前，認真分析設(shè)計圖紙（以藍圖為準），對圖紙上標注的坐標和距離進行核算。

2）根據(jù)圖紙?zhí)峁┑脑O(shè)計坐標計算每個組串支架基礎(chǔ)的放樣坐標。以子方陣左下角為起算坐標，根據(jù)電池組件支架基礎(chǔ)詳圖知樁基中心距投影邊線距離，計算出左下角樁基中心平面坐標。樁基之間軸線距離已知。推算出其它樁基中心平面坐標。同一子陣內(nèi)其它三個角點坐標作為檢核坐標，檢查坐標計算是否正確。

3）利用網(wǎng)格定位采用徠卡全站儀TCR402進行測量控制，點位中誤差控制在+5mm以內(nèi)。并將其點位向兩側(cè)引出50cm，砸好引樁。

4）控制網(wǎng)格建立以后，用2cm長釘子砸入樁頂放樣點上。同一水平面上，掛鉛絲控制每個組件支架基礎(chǔ)的縱橫軸線。50m長鋼尺沿鉛絲按圖紙尺寸量平距砸樁。

5）樁位加密完后，同一水平面上，鋼尺量距檢核軸線距離。量取對角線長度，與設(shè)計尺寸比較，進行精度確認。

2.2.2 造孔

對于光伏電站組件支架基礎(chǔ)混凝土灌注樁施工，不可避免的要遇到造孔問題。但在荒漠沙荒地上造孔，沙層較厚不密實，大型設(shè)備無法行走而且造孔定位難度很大。為了滿足光伏電站支架基礎(chǔ)灌注樁造孔達到設(shè)計要求，本工程灌注樁造孔采用汽油螺旋機進行鉆孔。為了保證已造成的孔不再坍塌，造孔完成后立即下放比孔徑小2cm套管，套管比孔深長20cm。具體施工方法如下：

1）由于荒漠沙荒地為鹽堿地，造孔前1小時對孔周圍進行浸水濕潤，使得砂土固結(jié)，避免造孔出現(xiàn)塌孔，提高造孔效率。

2）根據(jù)測量放樣出的孔位中心，將汽油螺旋鉆的鉆頭對準孔心，用垂球或水平尺分別從不同的角度控制鉆孔垂直度，進行造孔。造孔完成后及時檢測垂直度和深度，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，使其符合設(shè)要求。造孔時采用自行研制的手搖鉆機、洛陽鏟均為一人操作，造一個孔平均用時15-20min,采用經(jīng)改進后的手扶式汽油機螺旋鉆機造孔，雖需兩人密切配合操作，但造孔速度快，造一個孔平均用時只2-3min 。采用汽油螺旋鉆機造孔時要及時清理孔周圍的砂土，以免孔周圍砂土調(diào)入孔內(nèi)，造成孔的深度達不到設(shè)計要求。經(jīng)過觀察對比，為了提高功效，我們最終選擇采用手扶式汽油螺旋鉆機進行造孔，高峰期利用10臺手扶式汽油螺旋鉆機造孔，每日完成造孔2000根（3200m）以上。

3）每一樁孔完成后，對孔底灑水濕重并采用手提錘子對孔底進行夯實，同時下放套管并對該孔進行防護，避免風(fēng)沙飛揚影響孔深，造成再次清孔。

4）機械成孔要求在孔深滿足要求的條件下，在利用測繩或鋼尺檢驗組串間排距的同時，必須增加對角線檢驗方式，保證樁孔中心偏差不得超過10mm。

2.2.3 鋼筋制作安裝

為了能夠滿足組件支架基礎(chǔ)灌注樁鋼筋加工進度要求，保證質(zhì)量。組件支架基礎(chǔ)灌注樁鋼筋籠在綜合鋼筋廠進行制作。鋼筋材料的采購、運輸、驗收和保管都要經(jīng)過嚴格把控，對鋼筋進行進廠材質(zhì)檢驗和驗點入庫，每批鋼筋均要附有產(chǎn)品質(zhì)量證明書及出廠檢驗單，在使用前，分批進行鋼筋機械性能試驗。鋼筋籠采用人工制作，制作時嚴格按照設(shè)計圖紙進行，鋼筋的直徑、長度、數(shù)量等要符合規(guī)范要求。

制作成的鋼筋籠經(jīng)過驗收合格后采用工程車拉運至施工現(xiàn)場，安裝時如發(fā)現(xiàn)鋼筋籠變形，應(yīng)當及時拆除進行處理并采用加固措施，為了確保保護層厚度，需在骨架筋外側(cè)主筋上焊接定位鋼筋環(huán)，安裝時為了保證鋼筋籠的垂直度，鋼筋籠要對準孔的中心放入孔內(nèi)并加固牢靠。如澆筑混凝土過程中發(fā)現(xiàn)鋼筋籠安裝位置有偏移現(xiàn)象，人工及時進行調(diào)整。

2.2.4 灌注樁混凝土澆筑

組件支架基礎(chǔ)混凝土灌注樁在澆筑時，為了保證已造成的孔不再坍塌，澆筑灌注樁混凝土?xí)r不帶入沙土造成斷樁，經(jīng)該項目施工科研組研究后采用了提升套管法澆筑方案，即灌注樁在造孔完成后需立即下放套管，澆筑混凝土?xí)r緩慢提升套管（詳見圖1），確保灌注樁混凝土始終在套管里連續(xù)進行澆筑，防止孔周圍砂土流入，影響混凝土灌注樁的施工質(zhì)量。具體施工方法如下：

圖1 提升套管法澆筑混凝土灌注樁

1）混凝土采用JS500拌合機集中拌制，混凝土拌制前必須對進場的水泥、粗細骨料和水質(zhì)進行檢測，杜絕不合格材料進行施工現(xiàn)場。拌制時嚴格按照試驗室已批復(fù)的施工配合比進行，重點控制好混凝土中四種材料用量之間三個對比關(guān)系（水灰比、砂率和骨漿比）。拌制時間一般控制在3-5min，保證混凝土質(zhì)量保證符合各項技術(shù)指標。

2）混凝土采用工程車或小型裝載機拉運到施工現(xiàn)場，卸料到設(shè)置在施工作業(yè)面的鋼板槽內(nèi)，人工進行入倉。

3）組件支架灌注樁基礎(chǔ)的混凝土采用提升套管法澆筑方法。地面外漏部分的樁柱（20-40cm）采用直徑為25cm的PVC管做為模板繼續(xù)進行澆筑。混凝土澆筑時每層鋪料厚度控制在20-30cm以內(nèi)；振搗采用φ30軟軸插入式振搗器振搗，振搗時要求插入下層混凝土深度不小于5cm，振搗時間控制在15s-20s，振搗按要求快插慢拔。不允許有漏振和過振現(xiàn)象出現(xiàn)，以免降低混凝土強度，影響混凝土質(zhì)量。

2.2.5 埋件安裝

根據(jù)設(shè)計要求每個樁柱頂部預(yù)埋兩個直徑為12mm螺栓以便和支架進行連接，螺栓埋設(shè)精度高程偏差不大于5mm，水平偏差不大于5mm。組件支架基礎(chǔ)頂部螺栓預(yù)埋時最初采用傳統(tǒng)的測量放樁，人工掛線控制軸線和高程預(yù)埋方式。經(jīng)過質(zhì)量檢測發(fā)現(xiàn)有小部分電池組串支架單元的螺栓高程和軸線偏差大于設(shè)計偏差值，超出螺栓設(shè)計埋設(shè)精度。加上傳統(tǒng)的施工方法效率較低，在施工過程中無法與支架基礎(chǔ)及組件安裝的進度銜接起來，嚴重影響光伏電站整個工程的總體進度。經(jīng)過該項目施工科研組認真調(diào)查分析后認為造成組件支架基礎(chǔ)螺栓埋設(shè)精度偏差過大的原因除了作業(yè)人員的責(zé)任心差外主要是施工方法不當。沒有控制埋設(shè)螺栓高程和軸線的有效控制措施。隨后采用模具結(jié)合測量放樣，人工掛線的方法控制螺栓埋設(shè)精度，保證了施工質(zhì)量和施工工期[1]。具體施工方法如下：

（1）預(yù)埋螺栓施工模具的使用

預(yù)埋螺栓施工模具在使用前，首先在模具和組串支架基礎(chǔ)灌注樁上標出控制的縱橫軸線，然后將預(yù)埋螺栓外漏部分帶上螺母固定在模具上。組件支架基礎(chǔ)混凝土澆筑過程中將預(yù)埋螺栓施工模具和固定好的螺栓沿標注后的支架基礎(chǔ)灌裝樁的縱橫軸線進行放置，使模具的縱橫軸線和單個組串縱橫軸線重合，高程采用水準儀進行測量，掛線控制高程。螺栓預(yù)埋完成后，退出預(yù)埋螺栓施工模具上的螺母，卸下模具。待每個組串基礎(chǔ)混凝土樁柱頂部收面后，在混凝土初凝前再將模具套在組串支架基礎(chǔ)的預(yù)埋螺栓上進行校核。

（2）預(yù)埋螺栓精度的調(diào)整

組件支架基礎(chǔ)預(yù)埋螺栓安裝完畢后，在混凝土初凝前安排質(zhì)量人員逐個進行檢查，發(fā)現(xiàn)預(yù)埋螺栓軸線和高程不符合設(shè)計要求的及時采用預(yù)埋螺栓施工模具再次進行校核調(diào)整，同時做好預(yù)埋螺栓的保護工作，防止螺栓絲口損壞。

2.2.6 灌注樁的養(yǎng)護

組件支架灌注樁混凝土澆筑完畢后，及時進行灑水養(yǎng)護，采用塑料薄膜覆蓋，避免太陽光暴嗮，使混凝土表面經(jīng)常保持濕潤，養(yǎng)護時間不得少于14天。

3 關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點

1）本工程測量放樣采用了網(wǎng)格法進行整體控制測量，人工掛鉛絲加密樁位的方法進行測量放線，加快了測量放樣速度，即保證了精度，又降低了成本。還滿足了組件支架基礎(chǔ)灌注樁混凝土澆筑施工進度。

2）本工程灌注樁造孔采用手扶式汽油螺旋機，造孔原理將被切削下的土料采用螺旋鉆機的葉片逐漸輸送到地面，一次成孔。為了保證已造成的孔不再坍塌或地面浮沙進入，造孔完成后立即下放套管，套管比孔深長20cm。該成果設(shè)備簡單，操作方便，制作成本低、維修方便、生產(chǎn)效率高。對周邊環(huán)境破壞小。有效地解決了沙地成孔難、效率低、質(zhì)量難以保證的根本問題。

3）本工程組件支架基礎(chǔ)混凝土灌注樁在澆筑時，為了保證已造成的孔不再坍塌，混凝土灌注樁的澆筑采用提升套管法澆筑工藝，即邊澆筑混凝土邊提升套管。澆筑到地面后，外露部分（20~40cm）采用直徑為25cm的PVC管做為模板繼續(xù)進行澆筑，成型后的樁柱外觀質(zhì)量滿足規(guī)范要求。

4）本工程在組件支架基礎(chǔ)螺栓預(yù)埋安裝工程中采用了預(yù)埋螺栓模具的輔助施工，在保證組件支架基礎(chǔ)螺栓埋設(shè)精度的前提下保證了預(yù)埋螺栓的施工質(zhì)量，加快施工進度。

4 成果研究及經(jīng)驗總結(jié)

青海格爾木光伏電站場址位于荒漠沙地區(qū)域，為了能夠在保證質(zhì)量和安全的前提下提前完成了組件支架基礎(chǔ)混凝土灌注樁的施工任務(wù)，專門成立了該項目施工的科研課題組，針對荒漠沙地光伏電站組件支架基礎(chǔ)混凝土灌注樁澆筑，經(jīng)過研究和現(xiàn)場試驗全面掌握了荒漠沙地條件下組件支架基礎(chǔ)混凝土灌注樁的施工工藝，經(jīng)過課題組的研究，灌注樁澆筑采用了測量定位--造孔--放置套管 --下放鋼筋籠--澆筑混凝土--安裝預(yù)埋件--養(yǎng)護施工工藝，并在灌裝樁施工過程中提出4個創(chuàng)新點。使格爾木光伏電站的各主要節(jié)點目標得以按期實現(xiàn)，組件支架基礎(chǔ)混凝土灌注樁施工質(zhì)量完全滿足設(shè)計要求，整體施工質(zhì)量良好。

該研究成果是對地處荒漠沙地區(qū)域光伏電站組件支架基礎(chǔ)混凝土灌注樁的施工技術(shù)進行了全面分析和總結(jié)，提出如下結(jié)論，以供類似特殊氣候條件下光伏電站組件支架基礎(chǔ)灌注樁的設(shè)計、施工、研究借鑒。

1）光伏電站組件支架基礎(chǔ)工程數(shù)量大，施工強度高，工期短，采用了網(wǎng)格法進行整體控制測量，人工掛鉛絲加密樁位的方法進行測量放線，能夠加快測量放樣速度，保證精度，降低了成本。滿足組件支架基礎(chǔ)灌注樁混凝土澆筑施工進度。

2）光伏電站的組件支架基礎(chǔ)需在荒漠沙地上造孔，沙層較厚且不密實，大型設(shè)備無法行走而且造孔定位難度很大。為了保證施工進度和施工質(zhì)量，同時又能降低成本。采用汽油式螺旋鉆機造孔。在造孔期間為了保證已造成的孔不再坍塌或地面浮沙進入，造孔完成后立即下放套管，套管比孔深長20cm。

3）在荒漠沙地上澆筑光伏電站支架基礎(chǔ)灌注樁混凝土，為了保證已造成的孔不再坍塌，澆筑灌注樁混凝土?xí)r不帶入沙土造成斷樁，采用提升套管法澆筑方法，即灌注樁混凝土澆筑隨著高度的增加緩慢提升套管，確保灌注樁混凝土始終在套管里連續(xù)進行澆筑，保證了灌注樁的施工質(zhì)量。

4）組件支架基礎(chǔ)螺栓預(yù)埋安裝工程中采用預(yù)埋螺栓模具的輔助施工，在保證組件支架基礎(chǔ)螺栓埋設(shè)精度的前提下保證預(yù)埋螺栓的施工質(zhì)量，加快施工進度。