新疆天華陽(yáng)光農(nóng)一師光伏電站項(xiàng)目光伏支架基礎(chǔ)選型的探討

商長(zhǎng)征

【摘 要】光伏支架基礎(chǔ)是光伏發(fā)電工程重要組成部分，其形式多樣，數(shù)量龐大，如何優(yōu)化支架基礎(chǔ)，降低造價(jià)，已成為光伏電站土建設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。本文針對(duì)新疆天華陽(yáng)光農(nóng)一師地面光伏電站項(xiàng)目中的光伏組件支架及基礎(chǔ)選擇進(jìn)行分析，分別探討了不同型式光伏支架基礎(chǔ)的優(yōu)、缺點(diǎn)，提出了結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)可靠的光伏支架基礎(chǔ)實(shí)施方案，解決了多年困擾光伏組件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)安全與經(jīng)濟(jì)性不能并存的難題。

【關(guān)鍵詞】光伏支架基礎(chǔ)選型；地面光伏電站；結(jié)構(gòu)安全與經(jīng)濟(jì)

0.前言

光伏發(fā)電站是以光伏發(fā)電系統(tǒng)為主，包含各類建（構(gòu)）筑物及檢修、維護(hù)、生活等輔助設(shè)施在內(nèi)的發(fā)電站。太陽(yáng)電池組件是光伏發(fā)電站的基本組成部分，它是具有封裝及內(nèi)部聯(lián)結(jié)的、能單獨(dú)提供直流電輸出的太陽(yáng)電池組合裝置。在光伏電站工程中，如何優(yōu)化太陽(yáng)電池組件支架基礎(chǔ)、提高支架的經(jīng)濟(jì)性和施工速度，已成為土建工程中急需解決的問(wèn)題。作者結(jié)合多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)工程實(shí)例，分別探討了不同型式光伏支架基礎(chǔ)的優(yōu)、缺點(diǎn)，解決了土建工程中光伏組件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)安全與經(jīng)濟(jì)性不能并存的難題。

1.項(xiàng)目概況

新疆天華陽(yáng)光農(nóng)一師光伏電站位于新疆農(nóng)一師阿拉爾市境內(nèi)農(nóng)一師十團(tuán)十一連附近，總建設(shè)規(guī)模200MW，本期擬建設(shè)規(guī)模30MW，共使用單體容量為240Wp的光伏組件126000塊。每40塊光伏組件組成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)光伏方陣，，全站共由3150個(gè)標(biāo)準(zhǔn)光伏方陣組成。

1.1站址地理環(huán)境

項(xiàng)目場(chǎng)址地勢(shì)南高北低，起伏不大，較為平坦開(kāi)闊，平均海拔1000～1020m，場(chǎng)址的地理坐標(biāo)位于北緯40°41′20.62??～40°43′0??、東經(jīng)81°16′7.26??～81°18′21.04??之間，占地面積約為5.3km2。

1.2地質(zhì)巖性及力學(xué)性質(zhì)

場(chǎng)地土均屬全新統(tǒng)沖積物，地層結(jié)構(gòu)明顯、層位穩(wěn)定。場(chǎng)地土的成層結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)如下：

第①層粉砂層，淺黃色，松散-稍密，局部缺失，層底埋深0.20-2.10，平均厚度1.02m，承載力特征值fak為90kPa。

第②層，粉質(zhì)粘土層，棕紅色，可塑，無(wú)搖振反應(yīng)，稍有光澤，干強(qiáng)度高，韌性高，水平連續(xù)分布。層位埋藏在0.0～3.7m之間，平均厚度1.9米，承載力特征值fak為100kPa。

第③層粉砂層：灰色，松散，稍濕-飽和，層位埋深在0.8～3.7m以下，局部夾含少量粉質(zhì)粘土透鏡體。此層礦物成份主要為長(zhǎng)石、石英和云母，承載力特征值fak為110kPa。

廠區(qū)標(biāo)準(zhǔn)凍深80cm，表層土為季節(jié)性凍土。

1.3地震及場(chǎng)地

根據(jù)國(guó)家《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，廠區(qū)抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g，地震分組為第三組，中軟場(chǎng)地，場(chǎng)地類別為Ⅲ類，地震動(dòng)反譜特征周期為0.65s。

1.4地下水及腐蝕性

廠區(qū)地下水屬河流沖積層孔隙潛水類型，地下水位在自然地面以下-3.0～-2.1m左右，穩(wěn)定水位-2.6～-1.7m，地下水埋深在基礎(chǔ)以下，對(duì)支架基礎(chǔ)基本無(wú)影響。

本場(chǎng)地環(huán)境類別為Ⅲ類。綜合評(píng)價(jià)場(chǎng)地土腐蝕性為：廠區(qū)地基土對(duì)混凝土為中腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋為中腐蝕性。廠區(qū)地下水對(duì)混凝土為中腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋為中腐蝕性。

2.光伏支架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

光伏支架是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中為了擺放、安裝、固定太陽(yáng)電池板而使用的特殊支架。光伏支架基礎(chǔ)是將支架所承受的各種作用力傳遞到地基上的結(jié)構(gòu)，其形式種類多樣，工程使用數(shù)量龐大，，合理選用結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)可靠的支架基礎(chǔ)型式對(duì)整個(gè)工程都有很大影響，因此必須引起足夠重視。

2.1基礎(chǔ)的選型

根據(jù)本工程地勘報(bào)告，適合本工程地質(zhì)條件的光伏組件支架基礎(chǔ)主要有獨(dú)立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、預(yù)制樁基礎(chǔ)、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)、鋼螺旋樁基礎(chǔ)。

（1）獨(dú)立基礎(chǔ)：形式簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛，埋置較深，開(kāi)挖量及回填量較大。

（2）條形基礎(chǔ)：基礎(chǔ)埋置深度可相對(duì)較淺，但開(kāi)挖量、回填量較大，混凝土量相對(duì)較大。此類基礎(chǔ)型式多應(yīng)用于地基承載力較差，對(duì)不均勻沉降要求較高的平單軸光伏支架中。

（3）預(yù)制樁基礎(chǔ)：可批量制作，施工速度快，施工不存在填挖方，僅需簡(jiǎn)單場(chǎng)平。但采用靜壓或錘擊設(shè)備將樁體擠壓入土內(nèi)時(shí)，樁體易發(fā)生斷裂，需對(duì)樁頂采用鋼筋網(wǎng)加固，增加造價(jià)，且垂直度不易保證。多用于淤泥質(zhì)土、粘性土、填土、濕陷性黃土等。

（4）鉆孔灌注樁基礎(chǔ)：成孔較為方便，可以根據(jù)地形調(diào)整基礎(chǔ)頂面標(biāo)高，頂標(biāo)高易控制，混凝土鋼筋用量小，開(kāi)挖量小，施工快，對(duì)原有植被破壞小。但存在混凝土現(xiàn)場(chǎng)成孔、澆筑，適用于一般填土、粘性土、粉土、砂土等。

（5）鋼螺旋樁基礎(chǔ)：成孔方便，可以根據(jù)地形調(diào)整基礎(chǔ)頂面標(biāo)高，不受地下水影響，在冬季氣候條件下照常施工，施工快，標(biāo)高調(diào)整靈活，對(duì)自然環(huán)境破壞很小，不存在填挖方工程，對(duì)原有植被破壞小，不需要場(chǎng)平。適用于沙漠、草原、灘涂、戈壁、凍土等。但用鋼梁較大，造價(jià)相對(duì)較高，且不適用于有強(qiáng)腐蝕性地基及巖石地基。

各種基礎(chǔ)型式的詳細(xì)比較見(jiàn)下表。

光伏支架基礎(chǔ)方案比選表

綜上所述，總結(jié)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。預(yù)制樁基礎(chǔ)與鉆孔灌注樁基礎(chǔ)造價(jià)基本一致。鋼螺旋樁基礎(chǔ)相對(duì)鉆孔灌注樁造價(jià)稍高，但螺旋樁有施工快，對(duì)環(huán)境影響較小等優(yōu)點(diǎn)。在對(duì)環(huán)保要求較高或工期較緊，投資允許的情況下，可優(yōu)先采用。本工程支架基礎(chǔ)選定為工程造價(jià)較低的鉆孔灌注樁式基礎(chǔ)。

2.2基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

光伏組件支架基礎(chǔ)上作用的荷載主要有：支架及光伏組件自重、風(fēng)荷載、雪荷載、溫度荷載及地震荷載。其中起控制作用的主要為風(fēng)荷載，因此基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證風(fēng)荷載作用下基礎(chǔ)的穩(wěn)定，在風(fēng)荷載作用下，基礎(chǔ)有可能出現(xiàn)拔起、斷裂等破壞現(xiàn)象，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)能保證在此作用力下不出現(xiàn)破壞。

2.3連接設(shè)計(jì)

支架桿件間的連接可采用焊接或螺栓連接。螺栓連接對(duì)結(jié)構(gòu)變形有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，用鋼量小且制作較為方便，施工安裝速度快、便捷；焊接連接施工安裝速度較慢，需要在基礎(chǔ)中預(yù)埋鋼板，用鋼量較大；焊機(jī)進(jìn)場(chǎng)需要較長(zhǎng)距離施工供電，而且現(xiàn)場(chǎng)施焊受天氣影響較大，所以本工程采用螺栓連接。

2.4地基處理及基礎(chǔ)防腐

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)基礎(chǔ)混凝土及鋼筋的防護(hù)，應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定。本工程采用鉆孔灌注樁式基礎(chǔ)，混凝土等級(jí)采用C35，水膠比不宜大于0.45，鋼筋混凝土保護(hù)層加厚。并且，混凝土中應(yīng)摻入抗硫酸鹽的外加劑，摻入混凝土阻銹劑等措施。

3.綜述

影響基礎(chǔ)選型的因素較多，應(yīng)綜合考慮場(chǎng)區(qū)場(chǎng)施工條件，當(dāng)?shù)亟ú墓?yīng)，施工工藝，施工工期，當(dāng)?shù)丨h(huán)境保護(hù)等因素。根據(jù)勘察報(bào)告的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)可行性及經(jīng)濟(jì)性比較后，確定結(jié)構(gòu)合理、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的光伏支架基礎(chǔ)型式。