商長征

【摘 要】光伏支架基礎是光伏發(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，降低造價，已成為光伏電站土建設計的重點。本文針對新疆天華陽光農(nóng)一師地面光伏電站項目中的光伏組件支架及基礎選擇進行分析，分別探討了不同型式光伏支架基礎的優(yōu)、缺點，提出了結構安全、經(jīng)濟可靠的光伏支架基礎實施方案，解決了多年困擾光伏組件基礎結構安全與經(jīng)濟性不能并存的難題。

【關鍵詞】光伏支架基礎選型；地面光伏電站；結構安全與經(jīng)濟

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）筑物及檢修、維護、生活等輔助設施在內(nèi)的發(fā)電站。太陽電池組件是光伏發(fā)電站的基本組成部分，它是具有封裝及內(nèi)部聯(lián)結的、能單獨提供直流電輸出的太陽電池組合裝置。在光伏電站工程中，如何優(yōu)化太陽電池組件支架基礎、提高支架的經(jīng)濟性和施工速度，已成為土建工程中急需解決的問題。作者結合多年的設計經(jīng)驗，通過工程實例，分別探討了不同型式光伏支架基礎的優(yōu)、缺點，解決了土建工程中光伏組件基礎結構安全與經(jīng)濟性不能并存的難題。

1.項目概況

新疆天華陽光農(nóng)一師光伏電站位于新疆農(nóng)一師阿拉爾市境內(nèi)農(nóng)一師十團十一連附近，總建設規(guī)模200MW，本期擬建設規(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標準光伏方陣，，全站共由3150個標準光伏方陣組成。

1.1站址地理環(huán)境

項目場址地勢南高北低，起伏不大，較為平坦開闊，平均海拔1000～1020m，場址的地理坐標位于北緯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地質巖性及力學性質

場地土均屬全新統(tǒng)沖積物，地層結構明顯、層位穩(wěn)定。場地土的成層結構及特點如下：

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，粉質粘土層，棕紅色，可塑，無搖振反應，稍有光澤，干強度高，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，局部夾含少量粉質粘土透鏡體。此層礦物成份主要為長石、石英和云母，承載力特征值fak為110kPa。

廠區(qū)標準凍深80cm，表層土為季節(jié)性凍土。

1.3地震及場地

根據(jù)國家《建筑抗震設計規(guī)范》，廠區(qū)抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度值為0.05g，地震分組為第三組，中軟場地，場地類別為Ⅲ類，地震動反譜特征周期為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，地下水埋深在基礎以下，對支架基礎基本無影響。

本場地環(huán)境類別為Ⅲ類。綜合評價場地土腐蝕性為：廠區(qū)地基土對混凝土為中腐蝕性，對鋼筋混凝土中的鋼筋為中腐蝕性。廠區(qū)地下水對混凝土為中腐蝕性，對鋼筋混凝土中的鋼筋為中腐蝕性。

2.光伏支架基礎設計

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

2.1基礎的選型

根據(jù)本工程地勘報告，適合本工程地質條件的光伏組件支架基礎主要有獨立基礎、條形基礎、預制樁基礎、鉆孔灌注樁基礎、鋼螺旋樁基礎。

（1）獨立基礎：形式簡單，應用廣泛，埋置較深，開挖量及回填量較大。

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

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

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

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

各種基礎型式的詳細比較見下表。

光伏支架基礎方案比選表

綜上所述，總結設計經(jīng)驗。預制樁基礎與鉆孔灌注樁基礎造價基本一致。鋼螺旋樁基礎相對鉆孔灌注樁造價稍高，但螺旋樁有施工快，對環(huán)境影響較小等優(yōu)點。在對環(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。本工程支架基礎選定為工程造價較低的鉆孔灌注樁式基礎。

2.2基礎設計

光伏組件支架基礎上作用的荷載主要有：支架及光伏組件自重、風荷載、雪荷載、溫度荷載及地震荷載。其中起控制作用的主要為風荷載，因此基礎設計時應保證風荷載作用下基礎的穩(wěn)定，在風荷載作用下，基礎有可能出現(xiàn)拔起、斷裂等破壞現(xiàn)象，基礎設計應能保證在此作用力下不出現(xiàn)破壞。

2.3連接設計

支架桿件間的連接可采用焊接或螺栓連接。螺栓連接對結構變形有較強的適應能力，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，需要在基礎中預埋鋼板，用鋼量較大；焊機進場需要較長距離施工供電，而且現(xiàn)場施焊受天氣影響較大，所以本工程采用螺栓連接。

2.4地基處理及基礎防腐

基礎設計時，對基礎混凝土及鋼筋的防護，應符合現(xiàn)行國家標準《工業(yè)建筑防腐蝕設計規(guī)范》的規(guī)定。本工程采用鉆孔灌注樁式基礎，混凝土等級采用C35，水膠比不宜大于0.45，鋼筋混凝土保護層加厚。并且，混凝土中應摻入抗硫酸鹽的外加劑，摻入混凝土阻銹劑等措施。

3.綜述

影響基礎選型的因素較多，應綜合考慮場區(qū)場施工條件，當?shù)亟ú墓?，施工工藝，施工工期，當?shù)丨h(huán)境保護等因素。根據(jù)勘察報告的數(shù)據(jù)，經(jīng)過可行性及經(jīng)濟性比較后，確定結構合理、安全可靠、經(jīng)濟合理的光伏支架基礎型式。