聶曉鵬，胡 輝

(中國(guó)電建集團(tuán) 貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081)

1 場(chǎng)區(qū)土層概況

季節(jié)性?xún)鐾羀1]是指土的氣溫在零攝氏度以下，并夾雜著冰，凍結(jié)時(shí)間在半個(gè)月到數(shù)月。按照此定義，青海某光伏項(xiàng)目所在地屬于季節(jié)性?xún)鐾?，根?jù)場(chǎng)區(qū)(圖1、圖2)開(kāi)挖探井揭露，地層由上至下依次為耕植土、稍密角礫、稍密-中密角礫，場(chǎng)區(qū)范圍各巖土層總體特征如下：

①耕植土：主要由粘性土組成，含植物根系，受季節(jié)性?xún)鼋Y(jié)影響，結(jié)構(gòu)較松散。該層在場(chǎng)區(qū)內(nèi)均有分布，厚度在0.4～0.8 m之間。

②松散-稍密角礫：主要呈松散-稍密狀態(tài)，多呈棱角狀-次棱角狀，一般粒徑2～20 mm，含量占50%～55%，含少量塊碎石，母巖成分以花崗巖、砂巖為主，搬運(yùn)距離較近，分選性較差，骨架顆粒交錯(cuò)排列，多為粗砂填充，級(jí)配不良。該土層在場(chǎng)地內(nèi)均有分布。

③稍密-中密角礫：主要呈稍密-中密狀態(tài)，多呈棱角狀-次棱角狀，一般粒徑2～20 mm，含量占50%～70%，含少量塊碎石，母巖成分以花崗巖、砂巖為主，搬運(yùn)距離較近，分選性較差，骨架顆粒交錯(cuò)排列，多為粗砂填充，級(jí)配不良。該土層在場(chǎng)地內(nèi)均有分布。

根據(jù)本次勘察，勘探點(diǎn)深度范圍內(nèi)未見(jiàn)地下水，地下水埋深較大。

圖1 場(chǎng)區(qū)地貌a 圖2 場(chǎng)區(qū)地貌bFig.1 Topography of the site a Fig.2 Topography of the site b

2 基礎(chǔ)受力分析

項(xiàng)目所采用的光伏板布置形式為2×18，單個(gè)光伏板的平面尺寸為1956 mm×991 mm，單個(gè)光伏板重量約為26.5 kg，光伏支架采用雙立柱形式，基礎(chǔ)總計(jì)14個(gè)?；A(chǔ)以上荷載包括永久荷載(光伏組串及支架重量)和可變荷載(風(fēng)荷載和雪荷載)，采用現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009公式計(jì)算得出該地區(qū)的25年基本風(fēng)壓值為0.31 kN/m2和相應(yīng)的基本雪壓值為0.24 kN/m2。

采用SAP2000軟件模擬[2]分析，取得了基礎(chǔ)頂部在最不利工況下最大拉力、水平力和壓力，詳細(xì)數(shù)值見(jiàn)表1所示。

表1 不同工況下基礎(chǔ)頂部受外荷載值Tab.1 External load value at the pile top under differentworking conditions

注：1.以光伏板正面迎風(fēng)為順風(fēng)，光伏板背面迎風(fēng)為逆風(fēng)；2.工況1：永久荷載+逆風(fēng)荷載+雪荷載，工況2：永久荷載+順風(fēng)荷載+雪荷載

受力分析結(jié)果如圖3和圖4所示。

圖3 工況1樁頂受力值Fig.3 The force at the pile top under working condition 1

圖4 工況2下樁頂受力值Fig.4 The force at the pile top under working condition 2

3 樁基長(zhǎng)度計(jì)算

3.1 季節(jié)性?xún)鐾量箖霭畏€(wěn)定性驗(yàn)算

中國(guó)季節(jié)性?xún)鐾翗?biāo)準(zhǔn)凍深圖和青海地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)凍深資料顯示該地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度將近290 cm，《太陽(yáng)能發(fā)電站支架基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》GB 51101中“5.1.6條款規(guī)定對(duì)于新近填土、濕陷性土、季節(jié)性?xún)鐾?、膨脹土，?yīng)考慮負(fù)摩阻力，凍脹土、脹切力對(duì)基礎(chǔ)承載力和穩(wěn)定性的影響，……”。為此，根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94表5.4.7條款的規(guī)定，對(duì)灌注樁的抗凍拔穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算，見(jiàn)公式(1)。

ηfqfuz0≤Tuk/2+NG+Gp

(1)

其中：ηf—凍深影響系數(shù)；qf—切向凍脹力；u—樁身周長(zhǎng)；z0—季節(jié)性?xún)鐾恋臉?biāo)準(zhǔn)凍深；Tuk—標(biāo)準(zhǔn)凍深線以下單樁抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值；NG—基樁承受的樁承臺(tái)底面以上建筑物自重、承臺(tái)及其上土重標(biāo)準(zhǔn)值；Gp—單樁自重(kN)，地下水位以下取浮重度。

考慮基礎(chǔ)處在最不利工況下，地面以下0.8 m范圍內(nèi)，切向凍脹力[4]取30 kPa，地面0.8 m以下切向凍脹力取8 kPa，以上兩種取值分別是在考慮了JGJ 94表5.4.7-2注1中提到的系數(shù)。計(jì)算得出凍深2.9 m范圍內(nèi)樁基所受到的凍脹力為ηfqfuz0=61.5 kN，通過(guò)計(jì)算當(dāng)樁基入土深度達(dá)到4.5 m時(shí)，抗凍拔力Tuk/2+NG+GP=64.93 kN>ηfqfuz0=61.5 kN，滿足規(guī)范要求。

3.2 季節(jié)性?xún)鐾翗痘Q向承載力

按照J(rèn)GJ 94規(guī)范第5.3.5條的規(guī)定，可根據(jù)土的物理指標(biāo)與承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，其計(jì)算過(guò)程見(jiàn)公式(2)：

Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qqkAp

(2)

其中：qsik—樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；qpk—極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；li—樁周第i層土的厚度；Ap—樁端面積。

在最不利條件下，考慮到樁基在標(biāo)準(zhǔn)凍深線內(nèi)受到切向凍脹力的影響，不能提供側(cè)阻力，因此僅凍深線以下樁基的側(cè)阻力，通過(guò)計(jì)算Quk=126.6 kN>3.781 kN，因此滿足規(guī)范要求。

3.3 樁基水平承載力與位移的計(jì)算

本項(xiàng)目樁身配筋率大于0.65%，根據(jù)GB51101規(guī)范5.1.1條款中第2條在樁基礎(chǔ)進(jìn)行水平承載力計(jì)算采用公式(3)計(jì)算。

(3)

其中：EI—樁身抗彎剛度；χ0a—樁頂允許水平位移；νx—樁頂水平位移系數(shù)；α—樁的水平變形系數(shù)。

通過(guò)計(jì)算得出Rha=10.55 kN>3.552 kN，因此滿足規(guī)范要求。

綜上所述，根據(jù)上述規(guī)范計(jì)算得出該場(chǎng)區(qū)光伏支架樁基入土深度為4.5 m。

4 現(xiàn)場(chǎng)施工

現(xiàn)場(chǎng)采用的光伏支架灌注樁入土深度為1.6 m，樁徑250 mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，抗凍等級(jí)F150，其原因分析如下：

1)土層——從地勘報(bào)告得知，該場(chǎng)區(qū)范圍內(nèi)土質(zhì)為耕植土和角礫，土中含水較少，且地下水較深，所以降低了凍脹力對(duì)樁基礎(chǔ)的影響[3]；

2)受力——由于光伏支架基礎(chǔ)受力相對(duì)較小，且樁徑小，因此凍脹力對(duì)樁基礎(chǔ)影響小，并且樁間距相對(duì)較密，在一定程度上對(duì)場(chǎng)區(qū)土具有擠密效應(yīng)；

3)凍結(jié)機(jī)理——項(xiàng)目所在地年降水量370.5 mm，年蒸發(fā)量1500.6～1847.8 mm，土表層含水較少，當(dāng)?shù)叵滤ㄟ^(guò)土中毛細(xì)管上升到地面時(shí)凍結(jié)形成結(jié)晶體，但由于土的含水率低不足以使結(jié)晶體擴(kuò)大，因此不會(huì)出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象[4]。

4)工程經(jīng)驗(yàn)——通過(guò)分析類(lèi)似項(xiàng)目[5]，其基礎(chǔ)埋置深度為1.5～1.8 m不等，并且在設(shè)計(jì)時(shí)均未考慮凍脹力對(duì)基礎(chǔ)的影響。

5 總結(jié)

通過(guò)對(duì)比在規(guī)范計(jì)算和工程實(shí)際應(yīng)用兩種不同情況下的樁長(zhǎng)，得出了4.5 m樁長(zhǎng)的施工速度是1.6 m的3倍。從工程造價(jià)方面分析，節(jié)省直接成本為投料成本，比如混凝土和鋼筋用量、鉆孔工程量，間接成本為工期，提前竣工其節(jié)約費(fèi)用將不可估量。

雖然目前已經(jīng)制定了相應(yīng)光伏基礎(chǔ)規(guī)范，但在很大程度上參考建筑類(lèi)規(guī)范實(shí)施，為此針對(duì)諸如季節(jié)性?xún)鐾恋奶厥馔烈诉M(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，以便更好確定技術(shù)參數(shù)。

結(jié)合工程實(shí)例，土中產(chǎn)生凍脹力的先前條件是水和土壤類(lèi)別，在無(wú)水的弱凍脹土中可以忽略?xún)雒浟?duì)基礎(chǔ)的影響，因此對(duì)于有類(lèi)似土質(zhì)情況的其他項(xiàng)目可以作為參考。