山地光伏鋼管樁基礎(chǔ)固定支架立柱的下料方法

高全全，馬毅樂，徐海軍

(西北水利水電工程有限責(zé)任公司，西安 710000)

0 引言

近年來，光伏電站的站址基本上都位于山地地區(qū)，尤其是在南方地區(qū)，而大部分山地的東西方向和南北方向都有坡度。若光伏組件采用固定支架時(shí)，在平地光伏電站的設(shè)計(jì)中，鋼管地錨樁基礎(chǔ)的深度和鋼管外露高度一般都是一致的；但在山地光伏電站中，光伏組件支架基礎(chǔ)在采用機(jī)械成孔鋼管地錨樁(下文簡稱“鋼管樁”)基礎(chǔ)形式時(shí)，由于地勢不平存在坡度，若想保證每個(gè)組串中的光伏組件必須安裝在同一水平面上，每根前、后立柱的長度需采用不同值，長度隨著地形的變化而變化，樁基礎(chǔ)頂部高程有高有低。因此，探索高效而又準(zhǔn)確的鋼管立柱下料方法，對加快山地光伏電站的施工進(jìn)度、降低施工成本具有重要意義。

目前，大多工程項(xiàng)目通過采用水準(zhǔn)儀、全站儀等儀器測量的方法來獲取鋼管立柱下料數(shù)據(jù)。雖然采用測量儀器的測量精度較高，但該方法需要配備專業(yè)的測量人員，且在每個(gè)鋼管樁上需要另外安排人員立標(biāo)尺或棱鏡進(jìn)行輔助；此外，受山地地形影響，儀器通視條件還會(huì)受到限制，這些因素造成使用儀器測量的方法成本高且效率低。本文通過對工程實(shí)踐進(jìn)行總結(jié)，探索了利用簡單的工具和方法來解決山地光伏電站采用固定支架時(shí)鋼管立柱下料的效率問題。

1 山地光伏電站的固定支架結(jié)構(gòu)及鋼管樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

本工程裝機(jī)容量為50 MWp，采用265 W多晶硅光伏組件，為2×11陣列，前、后排各4根樁基礎(chǔ)，共需澆筑68616根樁基礎(chǔ)，即前、后鋼管立柱各為34308根，且每根鋼管立柱的長度可能都不一致。

本方法所采用的固定支架結(jié)構(gòu)立面示意圖如圖1所示。

本方法采用的鋼管樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。該種基礎(chǔ)預(yù)埋了較大直徑的鋼管，鋼管立柱插入鋼管用螺栓固定連接。

圖1 固定支架結(jié)構(gòu)立面示意圖Fig.1 Structural elevation diagram of fixed bracket

圖2 鋼管樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structural elevation diagram of steel-pipe pile foundation

2 固定支架鋼管立柱下料工藝的原理及流程

2.1 工藝原理

采用固定支架時(shí)，鋼管立柱下料工藝的原理示意圖如圖3所示。

圖3 鋼管立柱下料方法的原理Fig.3 Cutting principle of steel-pipe pole

由圖3可知，在每個(gè)組串前、后排兩端鋼管樁基礎(chǔ)的預(yù)埋鋼管內(nèi)插入自制立桿(一般用木桿)，將線繩系在前排立桿A1、A2位置，A1、A2點(diǎn)的距地高度為h(根據(jù)實(shí)際工程中事先設(shè)定好的固定值)，分別以A1、A2點(diǎn)為頂點(diǎn)，用角度控制儀確定線繩在后排立桿上的位置B1、B2，A1B1、A2B2的水平角即為設(shè)計(jì)的支架固定傾角α；將B1、B2點(diǎn)用線繩連接，然后用直尺測量每根鋼管樁樁頂距線繩的高度hi，邊量邊記錄，記錄前要根據(jù)子陣和組串的位置對每根立桿進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)，在下料時(shí)將此編號(hào)標(biāo)注在立桿上，以便對應(yīng)安裝，下標(biāo)i即代表立桿的序號(hào)。測量并記錄完hi后，即可計(jì)算出每根立桿的下料長度Hi，公式為：

式中，H為前立柱的設(shè)計(jì)高度，m；h0為基礎(chǔ)預(yù)埋鋼管外露高度，m。

若在同一方向有多個(gè)組串，可以采取在2個(gè)相鄰組串間增加立桿的方式固定拉線，然后同時(shí)測量，這樣可以大幅提高測量效率。

2.2 工藝流程及操作要點(diǎn)

2.2.1 工藝流程

本文設(shè)計(jì)的鋼管立柱下料工藝的流程如圖4所示。

圖4 鋼管立柱下料方法的流程Fig.4 Cutting process of steel-pipe pole

2.2.2 操作要點(diǎn)

本下料方法每個(gè)步驟的操作要點(diǎn)主要為：

1)施工準(zhǔn)備。準(zhǔn)備好施工所用立桿(竹桿或木桿)、線繩、尺子、角度控制儀(自制，如圖5所示)、靠尺、鋼管切割機(jī)等工具和儀器，并對擬測量立柱高度的組串按照子陣及組串的位置進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)。

圖5 自制角度控制儀Fig.5 Self-made angle controlling instrument

2)立桿安裝。將立桿插入鋼管樁基礎(chǔ)的預(yù)埋鋼管內(nèi)，每個(gè)組串前、后兩端各1根；然后使用靠尺將立桿調(diào)整成與水平面垂直。

3)前排立桿線繩的定位與固定。立桿調(diào)整為與水平面垂直后，在立桿上固定線繩，并將線繩調(diào)整至設(shè)定位置，即事先設(shè)定好的固定高度。

4)后排立桿線繩的定位與固定。前立桿線繩調(diào)整到位后，以線繩與立桿的交點(diǎn)為頂點(diǎn)利用自制角度控制儀確定后立桿上線繩的位置，并將線繩調(diào)整到位后固定，此時(shí)角度為設(shè)計(jì)的支架固定傾角。

5)樁頂?shù)骄€繩的高度測量。利用尺子測量出各樁頂?shù)骄€繩的高度，并按編號(hào)記錄。

6)布料與下料。利用測量的數(shù)據(jù)及相關(guān)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)換算出各鋼管立柱的長度，并進(jìn)行布料；布料時(shí)要合理搭配，盡量提高鋼管的利用率；同時(shí)在各鋼管立柱上用記號(hào)筆寫上編號(hào)，然后進(jìn)行下料。

7)成品立柱堆放。每個(gè)組串的鋼管立柱下料完成后，以組串為單位分別堆放，待安裝時(shí)使用；也可以邊下料邊將鋼管立柱運(yùn)至現(xiàn)場，擺放在要安裝鋼管立柱的組串前面。

2.2.3 工藝要求

工藝要求具體為：1)立桿安裝時(shí)必須與水平面垂直。2)前、后立桿線繩位置一定要準(zhǔn)確，并系緊拉直。3)前、后立桿系線繩處連線的傾角與設(shè)計(jì)的支架固定傾角的偏差應(yīng)控制在±0.5°以內(nèi)。4)測量樁頂?shù)骄€繩的高度時(shí)，直尺要保持與水平面垂直。5)成品鋼管立柱上的編號(hào)一定要與記錄編號(hào)保持一致。6)下料前要根據(jù)測量數(shù)據(jù)與相關(guān)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)統(tǒng)籌布料，以提高鋼管利用率。7)成品鋼管立柱以組串為單位堆放，以免混淆。

3 方法特點(diǎn)

1)工藝簡單，操作方便。從工藝流程可以看出，本方法的工藝簡便，只要對施工人員進(jìn)行簡單的培訓(xùn)即可操作。

2)使用的工具簡便，易掌握，推廣應(yīng)用價(jià)值高。本方法所用立桿、靠尺、角度控制儀等工具皆可自制，不但可節(jié)約成本，而且簡便實(shí)用，并有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

3)所需人員少，效率高，施工成本小。本方法在測量時(shí)只需2～3人配合操作即可，可根據(jù)施工進(jìn)度要求來配置下料人員數(shù)。經(jīng)工程實(shí)踐證明，施工效率較高，施工成本小。

4)通過數(shù)據(jù)的合理組合，可有效提高鋼管的利用率。由于采購的成品鋼管的長度是統(tǒng)一的，在下料時(shí)難免有一部分鋼管將成為廢料。利用本下料方法制成的料表，下料人員可通過合理搭配，有效減少鋼管材料的浪費(fèi)，提高鋼管的利用率。

4 結(jié)論

本文針對山地光伏電站采用鋼管樁基礎(chǔ)固定光伏支架，設(shè)計(jì)了一種簡單易行的下料方法，可高效完成下料作業(yè)。該方法是從工程實(shí)踐中不斷總結(jié)完善而來，鑒于其簡單、高效等特點(diǎn)，在采用鋼管樁基礎(chǔ)固定支架的山地光伏電站施工中具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。