山地光伏电站支架基础类型分析及选型

张汉鑫

浙江大唐国际新能源有限责任公司 浙江杭州 310000

人类经济社会健康经济可持续发展正不断遭遇着巨大环境挑战，尽快彻底改变过于过度依靠天然化石生物燃料的传统能源消费结构，发展和合理充分利用清洁而安全诸如太阳能、风能、生物质能这些可再生清洁能源已经逐渐成为我们促进国家健康经济社会持续发展的必然选择途径。太阳能能源是一种自然资源丰富、分布广阔且完全几乎可以被永久开发利用的新型可再生清洁能源，它同样具备很强的能源开发和综合利用市场潜力。

1 光伏支架基础型式分析

1.1 钢制螺旋地锚基础

就其支架材料以及螺旋生产支架制造工艺技术两个方面而言，支架上均分别采用了多层热镀锌高耐蚀层及防腐涂层处理工艺，延长了各种螺旋整体桩生产使用寿命；由于其加工过程比较复杂，因此用户需要对其支架进行加工剪切、加热、减速及防变形及钢管、螺旋片加工焊接、冲孔、镀锌等，保证其螺旋支架生产质量。螺旋造型桩的生产直径和使用桩长由于需要受到这种生产工艺的很大限制，当这种基础桩的荷载能力大于或或者超出了这种螺旋桩加工生产的基础承载能力要求范围，一般就不会有人选择直接采用这种螺旋式的桩。

就适用的条件而言，砂土、沙砾、粘土、粉质黏土、砂浆等表层土最为适宜，且一般要求至少30%的岩屑、砂砾石直径＜60mm，体积＜0.01m3。

就其在施工过程中所使用的环境、装置以及对人力的要求等方面来说，由于桩机直接植入地下形成桩，施工速度快，不受季节性和施工环境条件的影响，而且无必再依靠水源，施工时噪音较小。桩机操作简便，施工人员经简易培训后即可按时上岗进行作业，可以依照施工进度的要求自行增减。

就其支架施工过程费用而言，由于直接与其接触所用到的材料是建筑地基土，其中的防腐地锚性能对于建筑地基土的化学腐蚀性比较敏感，所以其桩身的施工价格相对偏高；但是其整个工期的成本可控性也比较好，不必现场人工搅拌钢筋混凝土及人工浇筑，所以人体劳动力的使用成本相对较低。

1.2 微孔灌注桩基础

就其所需要适用的密封条件来说，主要特点是广泛适用在低温黏性混凝土、粉土、季节保水性冷凝土、膨胀混凝土、密实土和砂土、松散-凝土中密封的碎石和粘土。

就成桩钻孔机的施工工艺而言，钻孔机就是在进行成桩钻孔工作完成后，放入一个钢筋笼，进行钢筋混凝土的混合浇筑，通过现场用的振动棒密实混合成孔的桩如果坑壁土质过于疏松的则不能直接进行成桩钻孔须同时采用钢筋水泥浆加固护壁的钻孔工艺处理方法即可来有效提高坑壁的土质稳定性。灌注后需要等到钢筋混凝土充分灌注达到一定受力强度时候后才能进行开始施工进行上部钢筋支架的焊接安装，施工工艺相对复杂，施工进行速度缓慢。

就钻孔施工的环境、装置以及对人力的要求等方面来说，钻孔施工的各个阶段都必须使用钻孔机械进行成孔，钢筋笼的制作和绑扎、下部洞具的固定，以及钢筋混凝土的浇筑和振捣都需要人工操作，工序繁琐，施工的机械和对人力资源的投入较大。

就其施工费用而言，桩身的混凝土使用量及其对钢筋笼的使用量较多，养护周期较长，施工费用较高。

2 实际案例

某新疆沙漠边缘光伏电站，该项列节目的一期建设选址场地东部位于我国新疆西北部沙漠边缘，场址中部位于新疆沙漠西部戈壁滩的荒滩，地势较平缓开阔，地基基础土层在外部受到电站建筑物内部基础土层荷载压力作用强度影响的土层深度10米范围内由微软砾质的砂土层和地层板块组成，地层间的分布是连续、稳定的。砾砂层的厚度大，结构中密-紧实，压缩能力相对较低，承载能力的特征值一般为280-350kpa，力学性质相对较好。

由于本次项目施工的整体地基以松散且易堆积的混砂土地基为主，粘聚力相对较小，扰动后的整体地基比较不稳定。同时在大量暗挖、开挖滥填后的这势必会对整个区域环境造成未来更为严重的动植物资源破坏和严重水土资源流失，加剧了整个区域生态荒落荒漠化的严重程度，这与通过建设大型光伏电站推动发展和充分利用当地绿色自然资源的传统想法背道而驰。因此，本二期工程的光伏电站支架结构地基主体选型将尽量不破坏原有土层主体结构的基本地基主体现状和原有土层内部结构的主体现状，不破坏原有土层主体结构的基本地表面和植被，避免了大量采用大掘开挖、小挖回填的钢筋混凝土支架地基。同时在我们进行建筑基础材料选型的过程时候也还应该特别要注意加大建材地基与建筑砂土之间的应力摩擦运动面积，增大建筑地基的砂土抗拔抗蚀能力。本项目工程中光伏电站发电系统支架上的基础结构采用单层钢制大理石叶片上的螺旋地锚作为基础，螺旋地锚叶片上向外伸角的宽度相应≥80mm，厚度相应≥5mm，钢材为钢型q235b，镀锌镀层防腐，镀锌防蚀层的防腐厚度≥80μm。螺旋桩桩长1750mm，地下部分1500mm，地上部分250mm，支架自身锚固埋入至基层冻土。经现场最大荷载能力实验结果验证，该型电力基础单桩的最大抗拔负荷能力范围为8-16kn，单桩最大竖向负荷承载能力10kn，满足各种结构特殊桩的使用能力要求。

3 结语

大型光伏电站的基础支架支撑基础结构型式设计选型方法应以各种光伏电站支架所处应用区域的基本场地结构地质条件状况要求为主要考虑切入点，充分考虑各种支撑基础支架型式的结构材料和组件制造设备工艺、施工设备技术、施工过程成本等风险控制相关因素，综合考虑选择既能充分满足场地结构性和安全性能的要求又又能有利于同时实现大型光伏电站成本收益发挥最大化的各种支撑支架基础结构型式。