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；結構安全與經濟

0.前言

光伏發(fā)電站是以光伏發(fā)電系統為主，包含各類建（構）筑物及檢修、維護、生活等輔助設施在內的發(fā)電站。太陽電池組件是光伏發(fā)電站的基本組成部分，它是具有封裝及內部聯結的、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濟性不能并存的難題。

1.項目概況

新疆天華陽光農一師光伏電站位于新疆農一師阿拉爾市境內農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，工程使用數量龐大，，合理選用結構安全、經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時，樁體易發(fā)生斷裂，需對樁頂采用鋼筋網加固，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，可以根據地形調整基礎頂面標高，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，可以根據地形調整基礎頂面標高，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，基礎有可能出現拔起、斷裂等破壞現象，基礎設計應能保證在此作用力下不出現破壞。

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，當地建材供應，施工工藝，施工工期，當地環(huán)境保護等因素。根據勘察報告的數據，經過可行性及經濟性比較后，確定結構合理、安全可靠、經濟合理的光伏支架基礎型式。