山地高陡坡微型光伏基礎(chǔ)施工重難點分析與對策

石 營，李香英

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

0 引言

太陽能發(fā)電作為清潔能源，近年來得到了國家的大力扶持，各地光伏電站項目也在如火如荼的建設(shè)中，光伏電站逐年增加，使得日照好、地勢平坦、建設(shè)條件好的優(yōu)質(zhì)土地資源日趨減少和稀缺，而農(nóng)牧業(yè)、湖泊、山地等建設(shè)條件次之的土地逐漸成為光伏電站的主要土地建設(shè)資源，尤其是山地光伏電站建設(shè)，近年逐步增加。分析和解決山地光伏基礎(chǔ)施工中建設(shè)地表起伏不平、朝向各異、局部伴有山溝，地形可使用面積不規(guī)則、分散等難題也尤為重要。

圖1 山地光伏隨坡就勢布置效果圖

1 工程背景

管家沖光伏電站項目位于云南省會澤縣樂業(yè)鎮(zhèn)村管家沖坡地、山梁之上。直流總安裝容量為123.6 MWp，交流總安裝容量103 MW，裝設(shè)228 904塊540 Wp 單晶雙面雙玻組件，光伏組件方陣支架安裝方式采用固定式安裝方式，固定陣列采用最佳傾角為28° 固定安裝在支架上，逆變器擬采用225 kW 組串式逆變器，共計458 臺。項目區(qū)域水平面總輻照量為1 655.9 kW·h/m2，光伏陣列面太陽輻射量為1 816 kW·h/m2。項目區(qū)域?qū)儆谔柲苜Y源“很豐富”區(qū)域，等級為B；水平面總輻射穩(wěn)定度（GHRS）為0.58，太陽能資源很穩(wěn)定，等級為A；太陽能資源直射比DHRR 為0.559，屬于“高”等級，具有較高的區(qū)域太陽能資源開發(fā)價值。因管家沖項目地塊較分散且部分地塊局部為陡坡，坡度約30°~45°，廠區(qū)基巖裸露條件較好，覆蓋層淺薄，基巖主要為強～弱風化粉砂巖、泥巖、砂巖、巖屑砂巖，場地內(nèi)邊坡以巖質(zhì)邊坡為主，未發(fā)現(xiàn)有滑坡、崩塌及拉裂變形跡象，邊坡整體穩(wěn)定。

2 項目重難點分析

結(jié)合管家沖項目現(xiàn)場實際條件，光伏基礎(chǔ)施工中的重難點分析如下：

（1）場區(qū)分散，施工組織和管理難度大

本項目總裝機容量103 MW，涉及34 個地塊，每個地塊之間距離較遠，且交通不方便，機械調(diào)配、物料分揀不便，增加了項目的統(tǒng)一指揮和管理難度。

（2)部分場區(qū)山體坡度大，機械化施工困難

管家沖項目地塊高陡坡較多，局部地塊坡度在30°以上，大大增加了施工的難度和危險性。最大坡度達到45°，在不降坡的前題下機械根本無法到達工作面施工，嚴重制約了支架基礎(chǔ)的施工進度。

（3）地層為巖層或密實的碎石土，支架基礎(chǔ)施工困難

項目除少部分為黏土土層外，其余地層為裸露的巖土或地表為薄層耕植土下層均為堅實的風華巖層或密實的碎石土，無論是人工開挖或是機械鉆孔，都有一定的困難，需要采用大功率的設(shè)備或改變成孔方式。

（4）交通不便，物料的運輸和倒運困難

在場區(qū)所有地塊中，均需通過鄉(xiāng)道和村道進入到達地塊附件區(qū)域，上山道路多為機耕道或后期修筑的臨時道路，道路彎多路窄，無法通行大型的設(shè)備、物料運輸車輛。且道路無法直接通往場區(qū)的所有地方，尤其是上坡和山頂。施工時，需要修筑大量的施工臨時道路，且存在大量的物料二次倒運工程量。

（5）缺少施工臨水臨電

場區(qū)基本都位于荒山荒坡，附近大多沒有水源電源，施工臨水臨電解決困難，需要大量使用發(fā)電機?，F(xiàn)場實地踏勘過程中，基本未見地表水，只能借助就近村莊的取水點取水運至施工地點。

3 針對性的方法和措施

3.1 優(yōu)化使用單立柱基礎(chǔ)

根據(jù)項目所在的地理位置、地形以及工程地質(zhì)條件,項目推廣使用單立柱基礎(chǔ)。單立柱系統(tǒng)由單樁基礎(chǔ)和上部承插式支架下立柱組成，無須在混凝土基礎(chǔ)內(nèi)提前預埋埋件，施工簡便（圖2）。與雙立柱系統(tǒng)相比，單立柱系統(tǒng)優(yōu)勢明顯，主要表現(xiàn)在以下幾方面；

圖2 單立柱系統(tǒng)示意圖

（1）降低材料及運輸成本

與傳統(tǒng)地面電站雙立柱系統(tǒng)相比，單立柱系統(tǒng)基礎(chǔ)在數(shù)量上大大減少。本項目地處山地，物料運輸十分不便，采用單立柱系統(tǒng)可以減少基礎(chǔ)施工所需材料，如混凝土、鋼筋的用量，降低運輸成本。

（2）節(jié)省場平費用，降低土建成本

對于地勢起伏的山區(qū)，往往需要大面積場平以方便施工作業(yè)，這樣場平費用占土建成本的比例就會提高，不利于成本控制。采用單立柱系統(tǒng)，可有效減少場平面積，降低土建成本。

（3）降低施工安裝成本，縮短工期

單立柱系統(tǒng)一個組串樁頂標高和軸線更容易控制，一般只需保證陣列東西方向樁頂標高是否在同一斜面即可，而雙立柱系統(tǒng)還要保證單陣列南北方向樁頂標高的一致性，對于山地電站，這種要求實際操作起來較為困難。另外單立柱系統(tǒng)支架安裝簡易，施工便捷，節(jié)省工時，能極大地提升安裝效率，降低安裝費用。

（4）與當?shù)丨h(huán)境保護相協(xié)調(diào)

采用單立柱系統(tǒng)，可大面積減少土方開挖及對原地表植被造成的破壞，對高陡坡的地段采用人工挖孔配合巖石錨桿的形式，減少混凝土用量，減少電站使用壽命期結(jié)束后混凝土固體廢棄物的量，保護環(huán)境。

3.2 各種工藝靈活應用

光伏支架基礎(chǔ)選型主要根據(jù)下列因素綜合確定：①支架結(jié)構(gòu)形式和所承受荷載的特征；②土地性狀及地下水條件；③施工工藝的可行性；④施工場地條件及施工季節(jié)；⑤經(jīng)濟指標、環(huán)保性能和施工工期。本項目場區(qū)分布范圍廣，地形各異，地層條件復雜多變，采用單一支架基礎(chǔ)的方案對施工限制較多，本項目結(jié)合現(xiàn)場實際條件，靈活采取3 種支架基礎(chǔ)方案，具體如下 ：

3.2.1 微型鉆孔灌注樁

這種基礎(chǔ)形式適用于相對比較平坦土塊中，采用機械成孔設(shè)備，如潛孔鉆成孔，放入鋼筋作為加筋體，然后灌注混凝土成樁。該種工藝成熟可靠，并被列入國家標準GB 51101-2016《太陽能發(fā)電站支架基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》中。對于平均坡度在30°以內(nèi)的，基本可采用履帶式鉆機成孔，對于坡度稍大的，鉆機需在牽引繩的牽引下確保安全的前提下施工。對于坡度更大的，或是采用其它基礎(chǔ)形式。

3.2.2 地表巖石錨桿樁

巖石錨桿基礎(chǔ)是直接建在基巖上的樁基，以承受拉力或水平剪力為主。地下為穩(wěn)定的巖石地質(zhì)條件，錨桿基礎(chǔ)應與基巖連成整體，地下巖石部分可采用手持式設(shè)備成孔，成孔后插入錨桿灌入強度不小于30 MPa 的水泥砂漿，地上部分樁頭為鋼筋混凝土灌注形式，四根主筋直徑為18 mm 的鋼筋錨入巖石不小于40 cm,以增加接觸面樁體的抗剪強度，此種樁體一般集中在高陡坡地段。

3.2.3 土層覆蓋巖石錨桿樁

這種基礎(chǔ)形式的樁與地表巖石錨桿樁一樣，主要在坡度30°以上的地段中采用，唯一與地表巖石錨桿樁不同的是，該種樁所在樁位表面有一定厚度的覆土，需要人工挖孔至巖石層后再進行錨桿施工，經(jīng)設(shè)計受力驗算，如覆土層厚度小于50 cm,則同樣需要在巖層面中植筋；如覆土層厚度大于50 cm，直接放入鋼筋籠即可。此種施工工藝效率不高，主要以保護環(huán)境和水土為前題，在高陡坡施工中不開臺階采用的方法。

表1 3 種樁基礎(chǔ)尺寸允許偏差

3.3 制作工裝解決物料的二次倒運難度

根據(jù)場區(qū)的自然條件，山地光伏電站中物料運輸?shù)拇_是影響工期的重要因素。在山地項目中，會有部分區(qū)域由于山體形狀，地勢特點等原因，車輛無法將物料運輸?shù)街付ㄎ恢?，需要進行二次倒運。根據(jù)現(xiàn)場踏勘，站址區(qū)內(nèi)道路無法通往場區(qū)的所有地方，尤其是上坡和山頂，施工時存在大量的物料二次倒運工程量。

為了解決山腳至山頂或山頂至山腳的物料運輸問題,項目部自主研發(fā)出一些簡易工裝，以方便陡坡段的材料運輸，如利用滑軌技術(shù)，滑軌技術(shù)使用的是兩根鋼制軌道（也可以是鋼管），上部使用帶有特制輪子的運輸車，由頂部卷揚機使用鋼索進行牽引運動，可以將物料運輸至軌道上的指定位置，方便施工現(xiàn)場物料運輸。

圖3 物料運輸裝置示意圖

3.4 手持式設(shè)備的應用

對于坡度大,機械設(shè)備無法到達的區(qū)域,在本項目部主要應用手持式鉆孔設(shè)備，其結(jié)構(gòu)簡單，操作人員少，移動方便。手持式鉆孔機應用范圍廣泛，在光伏電站中基礎(chǔ)的鉆孔，打孔、打樁較為適用。

因為本項目臨電使用不便，主要采用風動式手持式鉆孔設(shè)備，其具有以下特點:

（1）操作方便，陡坡施工中更加省時、省力。

（2）在巖石上鉆孔，垂直向最深鉆孔可達3 m，且成孔效果較好。

（3）主機重量輕，一人即可作業(yè)，攜帶方便，適用于高邊坡、流動性較大的臨時性工程。

（4）無論在高山、平地，不受地理位置限制。

4 結(jié)語

山地光伏施工中的確存在很大的施工難度，尤其是對于光伏電站的土建施工，由于電站受到地形、地勢、交通、地質(zhì)、資源等限制，比一般的土建工程施工會遇到更多的實際問題。但通過在設(shè)計和施工過程中不斷的優(yōu)化方案，對施工中可能出現(xiàn)的技術(shù)難題和問題進行探討，在項目前期階段就應提出針對性的策略來預防和減少實施難度；同時在施工過程中應加強溝通交流，有效解決施工中出現(xiàn)的難題，避免在后期大量問題出現(xiàn)，確保山地光伏項目如期建成。