自動沉樁技術(shù)在光伏電站建設(shè)中的應(yīng)用研究

何銀濤，黃 華，汪婷婷

（特變電工新疆新能源股份有限公司，陜西 西安 710119）

自動沉樁技術(shù)在光伏電站建設(shè)中的應(yīng)用研究

何銀濤，黃 華，汪婷婷

（特變電工新疆新能源股份有限公司，陜西 西安 710119）

目前，自動沉樁技術(shù)的實現(xiàn)主要是通過將樁點定位系統(tǒng)、樁頂標(biāo)高檢測系統(tǒng)、靜壓沉樁系統(tǒng)等與靜壓沉樁機械有機結(jié)合，組成自動沉樁機，達到樁點自動定位、沉樁操作自動化的目的，而且此類沉樁機主要針對鋼樁的沉樁施工，比如H型鋼、槽鋼、“幾”字型鋼等截面形式的鋼樁，特別適用于大型地面光伏電站大量光伏支架基礎(chǔ)的沉樁施工，以提高效率和施工質(zhì)量。主要對應(yīng)用于光伏電站建設(shè)的自動沉樁技術(shù)進行研究，分析其技術(shù)特點和優(yōu)勢，總結(jié)其適用范圍，并對比自動沉樁技術(shù)與傳統(tǒng)沉樁方案，為提高光伏電站沉樁效率和質(zhì)量提供參考方案。

光伏電站；自動沉樁；GPS定位

1 自動沉樁技術(shù)調(diào)研概述

1.1 自動沉樁技術(shù)的成熟應(yīng)用領(lǐng)域

根據(jù)調(diào)研的情況，自動沉樁技術(shù)常用于水運碼頭、跨江或跨海大橋等工程的沉樁施工，技術(shù)核心是GPS打樁定位系統(tǒng)的應(yīng)用，此類工程沉樁施工要求實時、快速和精確的跟蹤定位。GPS打樁定位系統(tǒng)具有全天候、高精度、自動化的顯著優(yōu)點，能有效地進行打樁船傾角檢測、鋼管樁傾角檢測、樁頂標(biāo)高檢測、錘擊數(shù)檢測和貫入度計算，以及鋼管樁中心位置修正等工作。

1.2 光伏行業(yè)傳統(tǒng)沉樁設(shè)備

目前，光伏電站采用的樁基礎(chǔ)有灌注樁、預(yù)制樁、型鋼樁、螺旋樁，每種樁型的沉樁施工有配套的沉樁機，但這些沉樁機均未集成自動定位系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)。

2 光伏專用自動沉樁機

根據(jù)調(diào)研的情況，光伏專用自動沉樁機主要針對光伏支架鋼樁基礎(chǔ)的沉樁施工，有以下幾種。

2.1 美國天寶公司（Trimble）DPS900沉樁機

美國天寶公司（Trimble）DPS900沉樁過程控制系統(tǒng)沉樁控制解決方案如圖1所示。此系統(tǒng)結(jié)合沉樁施工的工藝流程，將GNSS定位技術(shù)、傳感器技術(shù)和軟件技術(shù)集成到沉樁機的控制系統(tǒng)中，組成自動沉樁機，可在沉樁工程中實現(xiàn)對平面位置、樁頂標(biāo)高和傾角的精準(zhǔn)控制。

2.2 意大利orteco公司1000FEX系列自動沉樁機

意大利orteco公司的1000FEX沉樁機是一款在阿爾特斯定位系統(tǒng)（APS-U-HDG）控制下實現(xiàn)無人駕駛的履帶式自動沉樁機械，如圖2所示。它可以沿著輸入控制系統(tǒng)的工程地圖進行沉樁，同時它可以達到厘米級水平的定位精度和小于0.3°的方向精度；它可以自動移動到每一個樁位，將樁打到要求的標(biāo)高，并且保證垂直度，然后再移動到下一個樁位點進行沉樁操作。

圖1 沉樁機工作示意圖

圖2 1000FEX自動沉樁機

2.3 德國Schletter公司GAYK液壓自動沉樁機

德國Schletter公司GAYK液壓自動沉樁機可打入1.2～1.8 m深度，沉樁速度快至每根不到10 s時間。該沉樁機的打入力強，即使是混凝土地面，也能將鋼樁打入。該沉樁機具備GPS定位功能，可實現(xiàn)自動定位樁點，進行自動化施工，如圖3所示。

圖3 GAYK液壓自動沉樁機應(yīng)用情況

3 自動沉樁優(yōu)劣勢分析

3.1 優(yōu)勢

自動沉樁借助定位技術(shù)、樁頂標(biāo)高自動檢測技術(shù)，樁點定位精度高，樁頂標(biāo)高誤差小，施工質(zhì)量有保證。同時，鋼樁施工完成后，即可安裝光伏支架，節(jié)約了灌注樁等混凝土結(jié)構(gòu)的凝固時間。

表1 所示為傳統(tǒng)施工與自動沉樁施工對比情況。

從表1可以看出，自動沉樁施工省去了放樣樁點、復(fù)測、檢查的環(huán)節(jié)，施工進度加快，大幅度地節(jié)約了時間成本。以單樁形式的組件支撐系統(tǒng)為例計算，20 MW項目共需要1 800根樁，自動沉樁施工速度比傳統(tǒng)施工方法節(jié)約（2＋2＋3）×1800＝12 600 min＝210 h。

3.2 劣勢

自動沉樁技術(shù)有以下劣勢：①對地形起伏有一定的要求，適用于較為平整的地形。由于鋼樁長度是統(tǒng)一的（樁長6 m以內(nèi)），若地形起伏過大，則同組支架樁頂標(biāo)高無法保證，即組件傾角無法保證。因此，山地項目及機械無法運輸?shù)竭_的項目不能使用。②不適用于地層淺處埋有巖石和巖層等情況。因為有巖石的情況，靜壓沉樁難度大，對鋼樁表面防腐層造成較大損壞，影響基礎(chǔ)耐久性。③同等設(shè)計條件下，鋼樁造價比混凝土基礎(chǔ)每根高8%以上。

4 總結(jié)

應(yīng)用于光伏行業(yè)的自動沉樁技術(shù)，集中體現(xiàn)在自動沉樁機械的應(yīng)用上，這類沉樁機特點如下：①自動沉樁機采用履帶式行動機構(gòu)，行動靈活，能夠在碎石地、砂土地、荒草灘等各種地形上行動自如。②自動沉樁機使用的樁基礎(chǔ)類型主要是鋼樁，比如H型鋼、槽鋼、“幾”字型鋼。③自動沉樁技術(shù)的自動化集中體現(xiàn)在樁點定位系統(tǒng)的應(yīng)用和樁頂標(biāo)高檢測系統(tǒng)的應(yīng)用方面。定位系統(tǒng)采用GPS定位、架設(shè)基站傳輸位置信息或兩者結(jié)合的方式進行，標(biāo)高檢測主要使用激光傳感器。④最特殊的特點是，有的自動沉樁機夜間也可定位施工（比如上述提到的DPS900自動沉樁機），適用于工期緊的項目。⑤沉樁效率為每臺機械每天250～300根樁，換算后為0.3～0.5 MW/d，操作人數(shù)為每個班每臺機械兩三人。

［1］黃劍波，榮國城.GPS打樁定位系統(tǒng)的安裝及應(yīng)用［J］.公路，2009，1（1）.

［2］姚連璧，謝義林，季惠麗.智能全站儀打樁定位模型及其實現(xiàn)［J］.同濟大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2014，8（38）.

U445.55+1

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.20.072

2095－6835（2017）20－0072－02

〔編輯：劉曉芳〕