岩石锚杆基础在某山地光伏电站中的应用

摘要：近年来中央政府对光伏产业高度重视，政府频频出台光伏产业利好政策，大力拓展了国内光伏市场，大量山地资源被用作开发光伏电站。而山地具有地势起伏大、土层薄、土地生态系统脆弱的特点，光伏支架多采用岩石锚杆基础。文章针对具体项目情况，根据有关规范规程规定，介绍了岩石锚杆基础的结构计算方法。

关键词：山地光伏电站；光伏支架；岩石锚杆基础；抗拔力；结构计算方法 文献标识码：A

中图分类号：TM615 文章编号：1009-2374（2015）14-0058-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.14.028

1 岩石锚杆基础简介

岩石锚杆基础适用于直接建在基岩上的柱基以及承受拉力及水平力较大的建筑物基础，岩石锚杆是置于岩土体中并与岩土体紧密接触的杆件，锚杆应与基岩连为一个整体。

岩石锚杆基础一般是把热轧带肋钢筋固定于灌细石混凝土的岩石孔洞内，借助岩石、细石混凝土、带肋钢筋之间的黏结力来抵抗上部结构传来的外力。

岩石锚杆基础目前还没有比较完整的设计规范，也没有相应的国标图集，目前对岩石锚杆做了规定的主要有《地基基础设计规范（GB 50007-2002）》和《岩土锚杆（索）技术规程（CECS 22：2005）》。

2 某山地光伏电站情况介绍

某20MW太阳能地面电站项目占地650亩，采用30°固定倾斜面方式设计安装82400块250W系列多晶硅太阳电池组件，光伏电站总容量为20MW，本工程位于空置裸岩地区，场地具有明显的山区特征。

本光伏电站光伏支架设计使用年限为25年，设计基准期也为25年，支架结构安全等级为三级，地基基础设计等级为丙级，本地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为三组，光伏支架抗震设防类别为适度设防类，则光伏支架基础的抗震构造措施按照降低一度按照6度的要求来设计。

当地25年一遇基本风压w0为0.36kN/m2，地面粗糙度类别为B类，岩石锚杆基础间距为3m。根据地质勘探资料，场地土层分布为：①层杂填土最厚0.3m；②层岩体完整较好的中风化花岗岩，为较硬岩石，深度未揭穿，岩石与砂浆间的黏结强度特征值f=0.40MPa。

3 抗拔锚杆植筋计算

光伏支架及基础立面图如图1所示：

图1

根据《建筑结构荷载规范》表8.2.1，风压高度变化系数μz=1.0，根据《光伏发电站设计规范》第6.8.7条，风荷载体型系数μs=1.3，根据《建筑结构荷载规范》第8.2.2条，山地风压高度变化系数的修正系数η=1.5，垂直于组件的风荷载标准值为wk=μz×μs×η×

w0=1.0×1.3×1.5×0.36=0.7kN/m2，垂直于组件的风荷载G1k=0.7kN/m2×3m×3.32m=6.972kN，地上钢筋混凝土短柱和组件支架本身自重G2k=0.3m×0.3m×3.14/4×0.967m×25kN/m3+0.15kN/m2×3m×3.32m=3.2kN。

假设锚杆所受最大拔力标准值为G3k，倾覆力矩Mq=G1k×0.704m=6.972kN×0.704m=4.91kN·m，抗倾覆力矩Mk=G2k×0.15m+G3k×0.15m=0.48kN·m+G3k×0.15kN·m，根据《地基基础设计规范》抗倾覆稳定性验算公式Mk/Mq≥1.6，计算得G3k≥49.2kN，则锚杆的轴向拉力设计值最大为Nt=G3k×分项系数1.4≥69kN。

据《岩土锚杆（索）技术规程》第7.4.1条：As≥Kt×Nt/fyk=1.6×69kN/400N/mm2=276mm2，最终每个基础下布置1根直径为22mm（As=380mm2）的HRB400级（fy=360N/mm2，fyk=400N/mm2）带肋钢筋锚杆。

4 抗拔锚杆构造要求

由《建筑地基基础设计规范》第8.6.1条可得：

第一，锚杆孔直径d1宜取3×22mm=66mm，且不小于22mm+50mm=72mm，本基础锚杆孔直径最终取d1=100mm。

第二，水泥砂浆强度等级为30MPa，细石混凝土和基础混凝土的强度等级均为C30。

第三，锚杆插入上部的锚固长度应符合钢筋的锚固要

求，即：La=α×fy×d/ft=0.14×360×d/1.43=35.3d，

按照四级抗震考虑LaE=La=35.3d=35.3×22=777mm。

第四，锚杆钢筋锚入基岩的深度l不小于40×22mm=

880mm，取l=900mm。

第五，锚杆孔深为900mm+50mm=950mm。

第六，锚杆孔到基础边的距离不小于150mm，最终取为150mm。

5 抗拔锚杆承载力计算

由《岩石锚杆（索）技术规程》第7.5.1条可得锚杆入岩锚固长度：

以上两式结果取大值800mm，由此可以看出锚杆入岩深度由钢筋和水泥结石体之间的黏结强度控制，小于构造要求900mm，最终锚杆锚入岩石的长度取为900mm，锚杆孔深取为950mm。

根据《地基基础设计规范》第8.6.3条，估算单根锚杆的抗拔承载力特征值：

Rt≤0.8×3.14×d1×la×f=0.8×3.14×100mm×

900mm×0.40MPa=90kN。

6 锚杆承载力检测要求

根据规范公式计算出的Rt只是估算值，还要按照《建筑地基基础设计规范》附录M要求进行现场试验，确定是否能达到设计要求，第M.0.1条规定，在同一场地同一岩层中的锚杆，试验数不得少于总锚杆数的5%，且不应小于6根。采用现场原位试验（现场破坏性检验）确定时，对于永久性锚杆的初步试验荷载应为2Rt=180kN。根据《建筑地基基础设计规范》附录X第X.0.2条：最大试验荷载Qmax所产生的应力不应超过钢筋强度标准值的0.8倍，则Qmax≤0.8×As×fyk=0.8×380mm2×400N/mm2=121kN，按上式计算所得的与2Rt=180kN比较，二者取小值121kN，作为锚杆抗拉拔试验的检验荷载，试验完毕后，将所得根据M.0.6条经统计分析，取得锚杆极限承载力数据，最终的锚杆抗拔承载力特征值为极限承载力除以安全系数2。经检测，本工程单根锚杆的抗拔承载力均满足试算结果要求。

7 结语

岩石锚杆基础可充分利用岩石坚固耐久和钢筋抗拉强度高的特点，在施工难度较大的山区采用可缩短建设周期、节省材料、保护环境，在充分考虑锚杆和被锚固体的稳定性及施工可行性的基础上，可在山区光伏电站工程中推广使用。

参考文献

[1] 孙绍东，胡海涛，井彦青，李华亭.抗浮锚杆合理设计探讨[J].建筑结构，2013，（22）.

[2] 建筑结构荷载规范[S].

[3] 建筑地基基础设计规范[S].

[4] 光伏发电站设计规范[S].

[5] 岩石锚杆（索）技术规程[S].

作者简介：孙海燕（1983-），女，信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司华东分院工程师，国家一级注册结构师，国家一级注册建造师，研究方向：土木工程。

（责任编辑：陈 倩）