新疆天华阳光农一师光伏电站项目光伏支架基础选型的探讨

商长征

【摘 要】光伏支架基础是光伏发电工程重要组成部分，其形式多样，数量庞大，如何优化支架基础，降低造价，已成为光伏电站土建设计的重点。本文针对新疆天华阳光农一师地面光伏电站项目中的光伏组件支架及基础选择进行分析，分别探讨了不同型式光伏支架基础的优、缺点，提出了结构安全、经济可靠的光伏支架基础实施方案，解决了多年困扰光伏组件基础结构安全与经济性不能并存的难题。

【关键词】光伏支架基础选型；地面光伏电站；结构安全与经济

0.前言

光伏发电站是以光伏发电系统为主，包含各类建（构）筑物及检修、维护、生活等辅助设施在内的发电站。太阳电池组件是光伏发电站的基本组成部分，它是具有封装及内部联结的、能单独提供直流电输出的太阳电池组合装置。在光伏电站工程中，如何优化太阳电池组件支架基础、提高支架的经济性和施工速度，已成为土建工程中急需解决的问题。作者结合多年的设计经验，通过工程实例，分别探讨了不同型式光伏支架基础的优、缺点，解决了土建工程中光伏组件基础结构安全与经济性不能并存的难题。

1.项目概况

新疆天华阳光农一师光伏电站位于新疆农一师阿拉尔市境内农一师十团十一连附近，总建设规模200MW，本期拟建设规模30MW，共使用单体容量为240Wp的光伏组件126000块。每40块光伏组件组成一个标准光伏方阵，，全站共由3150个标准光伏方阵组成。

1.1站址地理环境

项目场址地势南高北低，起伏不大，较为平坦开阔，平均海拔1000～1020m，场址的地理坐标位于北纬40°41′20.62??～40°43′0??、东经81°16′7.26??～81°18′21.04??之间，占地面积约为5.3km2。

1.2地质岩性及力学性质

场地土均属全新统冲积物，地层结构明显、层位稳定。场地土的成层结构及特点如下：

第①层粉砂层，浅黄色，松散-稍密，局部缺失，层底埋深0.20-2.10，平均厚度1.02m，承载力特征值fak为90kPa。

第②层，粉质粘土层，棕红色，可塑，无摇振反应，稍有光泽，干强度高，韧性高，水平连续分布。层位埋藏在0.0～3.7m之间，平均厚度1.9米，承载力特征值fak为100kPa。

第③层粉砂层：灰色，松散，稍湿-饱和，层位埋深在0.8～3.7m以下，局部夹含少量粉质粘土透镜体。此层矿物成份主要为长石、石英和云母，承载力特征值fak为110kPa。

厂区标准冻深80cm，表层土为季节性冻土。

1.3地震及场地

根据国家《建筑抗震设计规范》，厂区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，地震分组为第三组，中软场地，场地类别为Ⅲ类，地震动反谱特征周期为0.65s。

1.4地下水及腐蚀性

厂区地下水属河流冲积层孔隙潜水类型，地下水位在自然地面以下-3.0～-2.1m左右，稳定水位-2.6～-1.7m，地下水埋深在基础以下，对支架基础基本无影响。

本场地环境类别为Ⅲ类。综合评价场地土腐蚀性为：厂区地基土对混凝土为中腐蚀性，对钢筋混凝土中的钢筋为中腐蚀性。厂区地下水对混凝土为中腐蚀性，对钢筋混凝土中的钢筋为中腐蚀性。

2.光伏支架基础设计

光伏支架是太阳能光伏发电系统中为了摆放、安装、固定太阳电池板而使用的特殊支架。光伏支架基础是将支架所承受的各种作用力传递到地基上的结构，其形式种类多样，工程使用数量庞大，，合理选用结构安全、经济可靠的支架基础型式对整个工程都有很大影响，因此必须引起足够重视。

2.1基础的选型

根据本工程地勘报告，适合本工程地质条件的光伏组件支架基础主要有独立基础、条形基础、预制桩基础、钻孔灌注桩基础、钢螺旋桩基础。

（1）独立基础：形式简单，应用广泛，埋置较深，开挖量及回填量较大。

（2）条形基础：基础埋置深度可相对较浅，但开挖量、回填量较大，混凝土量相对较大。此类基础型式多应用于地基承载力较差，对不均匀沉降要求较高的平单轴光伏支架中。

（3）预制桩基础：可批量制作，施工速度快，施工不存在填挖方，仅需简单场平。但采用静压或锤击设备将桩体挤压入土内时，桩体易发生断裂，需对桩顶采用钢筋网加固，增加造价，且垂直度不易保证。多用于淤泥质土、粘性土、填土、湿陷性黄土等。

（4）钻孔灌注桩基础：成孔较为方便，可以根据地形调整基础顶面标高，顶标高易控制，混凝土钢筋用量小，开挖量小，施工快，对原有植被破坏小。但存在混凝土现场成孔、浇筑，适用于一般填土、粘性土、粉土、砂土等。

（5）钢螺旋桩基础：成孔方便，可以根据地形调整基础顶面标高，不受地下水影响，在冬季气候条件下照常施工，施工快，标高调整灵活，对自然环境破坏很小，不存在填挖方工程，对原有植被破坏小，不需要场平。适用于沙漠、草原、滩涂、戈壁、冻土等。但用钢梁较大，造价相对较高，且不适用于有强腐蚀性地基及岩石地基。

各种基础型式的详细比较见下表。

光伏支架基础方案比选表

综上所述，总结设计经验。预制桩基础与钻孔灌注桩基础造价基本一致。钢螺旋桩基础相对钻孔灌注桩造价稍高，但螺旋桩有施工快，对环境影响较小等优点。在对环保要求较高或工期较紧，投资允许的情况下，可优先采用。本工程支架基础选定为工程造价较低的钻孔灌注桩式基础。

2.2基础设计

光伏组件支架基础上作用的荷载主要有：支架及光伏组件自重、风荷载、雪荷载、温度荷载及地震荷载。其中起控制作用的主要为风荷载，因此基础设计时应保证风荷载作用下基础的稳定，在风荷载作用下，基础有可能出现拔起、断裂等破坏现象，基础设计应能保证在此作用力下不出现破坏。

2.3连接设计

支架杆件间的连接可采用焊接或螺栓连接。螺栓连接对结构变形有较强的适应能力，用钢量小且制作较为方便，施工安装速度快、便捷；焊接连接施工安装速度较慢，需要在基础中预埋钢板，用钢量较大；焊机进场需要较长距离施工供电，而且现场施焊受天气影响较大，所以本工程采用螺栓连接。

2.4地基处理及基础防腐

基础设计时，对基础混凝土及钢筋的防护，应符合现行国家标准《工业建筑防腐蚀设计规范》的规定。本工程采用钻孔灌注桩式基础，混凝土等级采用C35，水胶比不宜大于0.45，钢筋混凝土保护层加厚。并且，混凝土中应掺入抗硫酸盐的外加剂，掺入混凝土阻锈剂等措施。

3.综述

影响基础选型的因素较多，应综合考虑场区场施工条件，当地建材供应，施工工艺，施工工期，当地环境保护等因素。根据勘察报告的数据，经过可行性及经济性比较后，确定结构合理、安全可靠、经济合理的光伏支架基础型式。