山地农业光伏支架基础方案分析

第43卷第1期

2 0 1 7 年 1 月

SHANXI ARCHITECTURE

山西建筑

Vol. 43 No. 1Jan. 2017

文章编号：1009-6825 (2017) 01-0092-03

山地农业光伏支架基础方案分析

谢炸

王雨

(龙源（北京）太阳能技术有限公司，北京100000)

摘要:结合某山地农业光伏发电项目站址的地理环境与岩土地质条件，提出了螺旋钢管桩、钢筋混凝土灌注桩及钢管地锚桩等 光伏支架基础方案，通过比选各方案的优缺点，选取了钢管地锚桩基础，使该支架基础达到了既经济又安全的目标。关键词:光伏发电，支架基础，钢管地锚桩，地理环境中图分类号:TM619

文献标识码:A

散，湿，以粘性土为主，含少量砂、碎石及植物根系;其二为稻田处 耕土,灰黑色，饱和，流塑状,淤泥质，含少量植物根系。该层普遍较 分布，厚度0.40 m~0.80 m,平均值0.58 m;埋深0.40 m~0.80 m， 平均值0.58 m。

②

粉质粘土:黄褐色，灰白色，灰黑色，可塑~硬塑，局部软

塑，含少量砂，干强度与軔性中等，切面较光滑。该层分布不普 遍，厚度0.30 m~1.40 m,平均值0.90 m;埋深0.7〇 m~2.20 m, 平均值1.48 m。

③

中粗砂:灰白色，灰黑色，湿，稍密~中密，主要成分为长石

及石英，含少量砾石，颗粒分析较好。该层分布不普遍，厚度 0.40 m~3.40 m,平均值 1.11 m;埋深 0.80 m~5. 60 m,平均值2. 59 m。

④

强风化砂岩:灰白色，黄褐色，黑色，原岩结构大部分破坏，

岩石中矿物风化明显，节理、裂隙很发育，岩芯呈砂状及碎块状。 该层分布较普遍，厚度0.20 m ~ 7.50 m，平均值3.05 m;埋深1.00 m~ 8.00 m，平均值 3.73 m。

⑤

中风化砂岩:灰白色，黄褐色，黑色，细粒结构，层状构造，

主要成分为长石及石英，裂隙发育，岩芯多呈柱状，少量呈短柱 状,该层岩石岩样的饱和单轴极限抗压强度平均值为29. 34 MPa, 标准值为27.04 MPa,坚硬程度分类为较硬岩，其基本质量等级分 类为1类。

〇引言

光伏发电作为一种新的电能生产方式，以其无污染、无噪声、

维护简单等特点显示出无比广阔的发展空间和应用前景。截至 2015年9月底，全国光伏发电装机容量达到3 795 x 104 kW

,l月~

9月全国新增光伏发电装机容量990 x 104 kW,装机规模位居世界 首位。“十三五”我国将持续壮大太阳能光伏发电市场规模，初步 规划“十三五”光伏装机规模目标将达1.5 x 10s kW,即每年新增 约2 000 x 104 kW，光伏发电容量占能源供应的比例进一步加大， 市场前景极为广阔[1’2]。随着我国光伏电站装机容量的持续快速 增长，地势较为平坦、条件较好的土地资源正逐年减少，同时由于 西北地区的限电问题日益突出，新增光伏电站陆续建设在东部用 电负荷中心地区。但东部地区普遍土地资源紧缺，可供光伏电站 使用的建设场地一般都是山地且土地性质并非荒地，这种情况下 农业光伏便成为获取建设用地的较为普遍的商业模式。同时，由 于山地光伏场区地表多为强风化砂砾岩、片岩等较为坚硬的地质 条件，导致山地光伏支架基础较平地光伏施工难度大、成本高，施 工周期也更长。本文以某大型山地农业光伏电站为例，选取单个 光伏支架分别按螺旋钢管桩、钢筋混凝土灌注桩及钢管地锚桩基 础进行方案分析比选，得出了适合山地农业光伏的支架基础方 案，在今后的类似项目中可以推广使用。

1项目概况

1.3地震及场地

根据GB 50011—2010建筑抗震设计规范，大田县抗震设防烈

某农业大棚光伏发电项目场址位于福建省大田县境内，项目 总装机容量为20 MWP。全站共由20个典型1 MWP方阵组成，为 最大限度节约用地，利于布置，每两个阵列之间留有1 m的维护 通道，每个典型1 MWP由182串联支路并联形成，每个串联支路 由20块电池组件串联形成。

度为6度，设计基本地震加速度值为0. 05g，设计地震分组为第一 组。建筑场地类别为II类，设计特征周期值〇.35s。

1.4 地下水及腐蚀性

场地地下水类型主要有赋存于填土中的上层滞水，为弱~中 等透水层，弱富水性;赋存于粉质粘土中的孔隙水,为弱透水层； 赋存于风化岩中渗透性大多为压性闭合裂隙,为中等透水层，中 等富水性,但不排除局部张性裂隙发育、水量丰富的可能性。地 下水主要接受大气降水和相邻含水层的侧向补给，地下水受季节

性控制，天然条件下，地下水总体由北向南渗流、排泄。n类环境

1.1 站址地理环境

场址位于福建省大田县，现状为山区荒地及少量耕地，较为

开阔，四周无遮挡，占地面积约928亩。总体地势北高南低，场地 内中部为一宽缓条形山谷，两侧地段多为缓坡;地段坡面坡度 5° ~20°。拟建场地地貌单元属丘陵沟谷斜坡地段，勘察场区内无

地下水对混凝土结构有弱腐蚀性，干湿交替情况下对钢筋混 断裂带穿越。拟建场址受季风环流影响，风向季节性变化明显， 下，

长期浸水情况下对钢筋混凝土的钢筋有 冬季多北风，夏季多南风，全年主导风向为东风，静风频率很高， 凝土的钢筋有微腐蚀性，全年达47% , —般情况下风速较小，全年平均风速为0. 9 m受台风影响，瞬时最大风速可达20 m/S。

按地层渗透性水对混凝土结构有微腐蚀性;场地土对 /s但 微腐蚀性，

，

混凝土结构有弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋有微腐蚀 性，对钢结构有弱腐蚀性，按地层渗透性土对混凝土结构有微腐 蚀性。

1.2地层结构及岩土物理力学性质

拟建场地地基土在勘察深度内揭示的岩土层为耕土、泥炭质 土、粉质粘土、砂土及砂岩层。

①耕土:该层可分为两部分，其一为山坡处耕土,黄褐色，松

2基础方案设计选型

光伏支架是太阳能光伏发电系统中为了摆放、安装、固定太

收稿日期:2016-10-26

作者简介:谢炜（1981-),男，工程师；王雨（1980-),男,工程师

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谢炜等：山地农业光伏支架基础方案分析

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阳电池板而使用的特殊支架。光伏支架的形式种类多样,工程使 用数量庞大，合理选用结构安全、经济可靠的支架基础型式对整 个工程都有很大影响，因此必须引起足够重视。目前，广泛应用 的光伏支架基础型式主要有螺旋钢管桩、钢筋混凝土灌注桩、钢管地锚桩基础、钢筋混凝土独立基础及钢筋混凝土条形基础

等[3,4]

由于光伏板及其上部支架均为轻型结构，根据上部荷载及支 架整体建模计算可知基础设计主要控制荷载为由风荷载产生的上 管，钢管埋人基础一定深度，钢管下方焊接3根钢筋伸至桩身 底部。

其优点有:支架立柱钢管可以在基础钢管里面自由伸缩调整 高度，有效解决了山地光伏支架倾角调整要求高、立柱高度调节 不易的问题，对地形变化适应力强，可广泛应用于低山丘陵、地表 障碍物(基岩）出露、局部坡度（高差）变化剧烈等复杂地形区域; 基础施工采用履带式液压潜孔钻机配合空压机进行沉孔,穿透力 强，可适应强风化砂砾岩、片岩等坚硬地质条件，可施工性强。

拔力。本工程要求单个光伏板支架柱基础抗拔力不小于10 kN。

2.1 螺旋钢管桩基础

螺旋钢管桩是在钢制地锚钢管上以一定螺距、倾角焊接一定 数量和直径的叶片，形成螺旋型桩体。根据有无外伸叶片和叶片 的连续性，螺旋钢管桩可分为无外伸叶片、连续螺旋叶片、间断双 层螺旋叶片、间断多层螺旋叶片钢管桩。

其优点有:螺旋钢管桩在工厂内预制完成，施工现场桩机植 桩操作灵活、定位准确,且打桩完成后无需拆模养护等工序，直接 可进行支架及组件的安装，工序衔接合理紧凑，施工效率高;不受 季节限制，无需水源，施工噪声低;桩身钢制材料可重复使用，可 拆除可移动性强；电站拆除后，能迅速恢复植被或作为其他建筑 用地，不破坏土壤，环保性能好。

其缺点有:因直接与地基土接触，防腐性能对地基土腐蚀性 较敏感，桩身价格偏高；由于钢管壁厚、桩径及桩身强度的限制， 无法适用于岩石、中风化岩、强风化岩、大粒径卵石等坚硬地层的 情况。螺旋钢管桩示意图如图1所示。

2.2 钢筋混凝土灌注桩基础

用于光伏支架基础的钢筋混凝土灌注桩直径多为200 mm ~ 400 mm之间，根据上部支架荷载、岩层分布、桩侧岩（土）层摩阻 力特征值、冻土层厚度等确定桩身长度。施工工序为钻孔机成孔 完成后，放人钢筋笼，进行混凝土浇筑，通过现场振动棒密实 成桩。

其优点有:成孔较为方便，可以根据地形调整基础顶面标高， 顶标高易控制，混凝土钢筋用量小，开挖量小，施工快，对原有植 被破坏小;适用于粘性土、粉土、季节性冻土、膨胀土、密实砂土、 松散~中密碎石土等多种地基土情况。

其缺点有:钻孔施工工序必须利用钻孔机进行成孔，钢筋笼 制作绑扎、下孔固定，以及混凝土浇筑及振捣需人工操作,工序繁

琐，施工机械及人力资源投人多;在地基土为细砂、卵石等疏松地 层时，转孔时孔壁容易坍塌，无法成孔，不适于上述土层;灌注后 待混凝土完全达到强度后才能进行上部支架安装，施工工艺相对 较复杂、施工速度较钢管桩更慢。钢筋混凝土灌注桩如图2

所示。

图

1

螺旋钢管桩示意图

图

2

钢筋混凝土灌注桩示意图

2.3钢管地锚桩基础

钢管地锚桩的桩身形状与钢筋混凝土灌注桩类似，但受成孔

机械限制，桩芯直径较小，多为130 mm ~ 150 mm之间，桩身成孔 深度一般不超过2 m,桩身采用素混凝土浇筑，桩身内含镀锌钢

其缺点有:同钢筋混凝土灌注桩一样，桩身混凝土为现场浇 筑,养护周期长;施工过程对区域植被有一定的破坏，且基础成形 后不易清除，对自然环境有一定的影响。钢管地锚桩示意图如图 3所示。

图

3

钢管地锚桩示意图

2_ 4钢筋混凝土独立基础及钢筋混凝土条形基础

钢筋混凝土独立基础及钢筋混凝土条形基础均具有下列缺

点:开挖土石方工程量大，挖掘施工难度高，需要放线、基础开挖、 支模、钢筋笼制作、浇筑、养护、拆模等工序;粗放型施工，基础的 外观、尺寸、标度等各方面质量管理工作量大，容易发生基础精度 不够影响支架的安装;施工时段受养护环境和凝固温度限制大， 冬季大雪、过冷天气、下雨天无法施工;基础施工开挖和回填难度 大、开挖、支模、浇筑和养护时间耗时长，造成基础成本高;而且电 站达到使用寿命后，废旧水泥与残余土壤形成混合物，处理难度

大，植被恢复周期长。因此，目前新建光伏电站项目已很少采用

上述两种基础形式。独立基础示意图及条形基础示意图如图4, 图5所示。2.5基础方案分析选型

本工程地勘报告显示在n类环境下，场地土对钢结构有弱腐

蚀性，且场地局部强风化岩层埋深较浅（最浅处仅1. 〇 m),螺旋钢 管桩无法打人该坚硬地层，不适用于本工程;钢筋混凝土灌注桩 和钢管地锚桩在本项目上均是适用的，但由于混凝土灌注桩在施 工便捷和混凝土、钢筋等材料用量上与钢管地锚桩相比均处于劣 势，尤其是在本项目场地高低不平的情况下，混凝土灌注桩无法 自由调整立柱高度，而钢管地锚桩很好的解决了上述问题。因

此，本项目这样的建设场地高低不平，且地层坚硬的山地农业光 伏支架基础应选择钢管地锚桩基础。

3结语

山地农业光伏发电项目市场前景广阔，光伏支架基础工程量

大，施工周期长，是光伏电站建设过程中非常关键的内容和环节

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SHANXI ARCHITECTURE

山 西建筑

Vol. 43 No. 1Jan. 2017

文章编号：1009-6825 (2017) 01-0094-03

复杂环境下市政工程深基坑施工方案合理性分析

侯慧君

(太原市市政工程总公司，山西太原030002)

摘要:以某市政道路深基坑工程为例，结合现有地质资料以及实际情况，对三种支护方案做了技术、经济、工期的合理性对比分 析,选取了 SMW工法桩+单排内支撑支护体系的施工方案，经后续的施工实践证明该支护方案合理可靠。关键词:深基坑，支护体系,SMW工法桩，单排内支撑中图分类号:TU463

文献标识码:A

两端各设20 m长的遮光段，为U槽钢筋混凝土结构，顶部设遮光横梁。

该工程对城市旧城区交通及周边居民日常出行产生巨大不

利影响，导致交通疏导组织难度大;业主要求该项目在3个半月 内完工并通车;施工场地狭窄受限，各市政管线种类繁杂,密布其 中，施工相互交叉;环保要求高，各种噪声、粉尘控制难度大;该地 段水文地质情况为高水位、软土地段，邻近的大部分建筑为6层 普通砖混建筑结构，老建筑大多建于1990年左右，新的一些建筑 多建于2000年左右。北端西侧房屋离暗埋段地道桥边距离仅为

〇引言

随着城市大规模的建设,在老旧城区核心地段改造或扩建交 通日益臃肿的城市主干道成为必然选择。改扩建道路上跨、下穿 既有相交道路的桥梁、地道等结构物工程时，在明挖法施工前提 下涉及的深基坑支护体系设计和土方开挖等技术对周围地表变 形控制要求高，不仅要确保围护结构自身的安全可靠，同时还要 确保周边建筑物、市政管线始终处于安全运行状态。因此在确保 围护结构稳定与施工安全的前提下如何快速施工是本类市政工 程深基坑支护施工的重、难点。

基于此，本文以某市政道路改造工程深基坑工程为例，结合 现有地质资料以及实际情况，初选了三种支护方法:钻孔灌注桩、

SMW工法桩、拉森IV型钢板桩。总结相关规律，据此分析各种支 护结构的可行性，对这四种施工方案综合做了经济及技术方案的 可行性对比分析，为今后同类型深基坑工程的设计与施工提供 指导。

10 m,该楼为6层砖混结构的商业用房。周边有大量市政地下管

全运行带来极大的难度与风险。

线且部分管线无法迁改，给基坑施工及周边建筑物、市政管线安

2工程地质条件

通道场地属于平坦的冲洪积平原，地质分区属于盆地次稳定

2.1 地形与工程地质分区

工程地质亚区。

1工程概况

某下穿主线道路的地道桥结构采用单箱双室的钢筋混凝土 结构,暗埋段结构长480 m,总宽19 m，侧墙0.7 m,中墙厚0.6 m， 单室净宽8. 5 m。总高7.1m,顶板厚0.7 m,底板厚0.8 m。地基 处理采用80 cm厚片石抛填挤锨+ 30 cm厚级配碎石垫层+ 10 cm厚C20混凝土垫层，处理后的地基承载力不低于180 kPa。之一。光伏电站支架基础选型应以电站所在区域场地地质条件 为切人点，充分考虑不同基础型式材料及制造、施工方式、建设成 本、场地适用情况等因素，综合选取既满足结构安全又经济的基 础型式。本文将螺旋钢管桩、钢筋混凝土灌注桩及钢管地锚桩基 础进行方案分析比选，得出了适合山地农业光伏的支架基础方 案，在今后的类似项目中可以推广使用。

参考文献：

[1]国家能源局.2014年光伏发电统计信息[EB/OL]. http://

2_ 2 场地地下水情况

场地地下水为孔隙潜水，主要接受大气降水的补给，地下水 位埋深介于2 m ~3 m间。基坑开挖时将形成较大的水头差。

2.3地质岩土构成

浅层分布有厚度较大的杂填土、砂性土、粉土和透水性强的

www. nea. gov. cn/2015-03/09/c_134049519. htm,2015.

[2] 国家能源局.国家能源局关于下达2015年光伏发电建设实

施方案的通知[EB/OL]. http://zfxxgk. nea. gov. cn/au- to87. /201503/t20150318_1891. htm,2015.[3] 杨文，田富银.泰国某光伏发电示范工程支架基础选型设

计探讨[J].低碳世界,2014(22): 105-106.[4] 闫健，刘健全.大型光伏电站扰动区支架基础选型的探讨

[J] •太阳能，2013(23) :36-39.

Xie Wei Wang Yu

(Longyuan (Beijing) Solar Energy Technology Limited Company, Beijing 100000, China)

Abstract： Combining with the geographical environment and geotechnical conditions of a mountainous agricultural PV project site, this paper put forward the spiral steel pipe pile, reinforced concrete bored pile and steel pipe pile and other photovoltaic support foundation scheme, through compared the advantages and disadvantages of each scheme, selected the steel pipe anchor pile foundation, made the support foundation achieve both economic and security goal.Key words ： photovoltaic power generation, support foundation, steel pipe anchor pile, geographical environment

收稿日期=2016-10-28

作者简介:侯慧君（1976-),男，工程师

Analysis on mountain agricultural photovoltaic support basic scheme