趙 巖

(中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州 311122 )

0 引言

在能源愈發(fā)珍貴的背景下，太陽(yáng)能作為綠色、清潔的可再生能源倍受人們關(guān)注，隨著化石能源儲(chǔ)量日漸減少，太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)蘊(yùn)藏的經(jīng)濟(jì)性和投資價(jià)值也越發(fā)突出[1-2]。發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)是實(shí)現(xiàn)中國(guó)“雙碳”目標(biāo)重要舉措[3-4]。在近年中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，光伏發(fā)電應(yīng)用場(chǎng)景多集中在沙漠、戈壁、屋頂?shù)?，且這些光伏發(fā)電項(xiàng)目采用的光伏支架多為傳統(tǒng)的剛性光伏支架，占地面積大，對(duì)場(chǎng)地平整度的要求較高，項(xiàng)目的建設(shè)發(fā)展受限于土地資源[5-7]。柔性光伏支架的提出實(shí)現(xiàn)了在各類(lèi)復(fù)雜地形場(chǎng)景下建設(shè)光伏發(fā)電項(xiàng)目的目標(biāo)。柔性光伏支架的占地面積小，對(duì)場(chǎng)地平整度的要求低，這些特點(diǎn)也使建設(shè)農(nóng)光互補(bǔ)、林光互補(bǔ)、漁光互補(bǔ)等類(lèi)型光伏發(fā)電項(xiàng)目的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，極大地提高了單位土地面積的太陽(yáng)能利用率，充分利用空間資源及太陽(yáng)能資源，是實(shí)現(xiàn)多產(chǎn)業(yè)融合、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的重要舉措，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[8]?；诖耍疚膹墓夥Ъ芄こ虘?yīng)用的角度出發(fā)，對(duì)柔性光伏支架的技術(shù)原理進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，并以浙江省開(kāi)化縣某林光互補(bǔ)光伏發(fā)電項(xiàng)目為例，對(duì)柔性光伏支架的施工方法與施工工藝流程進(jìn)行總結(jié)。

1 柔性光伏支架的技術(shù)原理

柔性光伏支架是將傳統(tǒng)的剛性光伏支架中的檁條替換為柔性鋼絞線，將光伏組件安裝在鋼絞線上，通過(guò)鋼絞線提供反力。柔性光伏支架具有結(jié)構(gòu)、材料簡(jiǎn)單，耗材少，建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)大跨度布設(shè)，且受地形地貌的影響較小。

2 項(xiàng)目背景

本文以浙江省開(kāi)化縣裝機(jī)容量為80 MW 的林光互補(bǔ)光伏發(fā)電項(xiàng)目為例，簡(jiǎn)述柔性光伏支架的施工方法與工藝流程。該林光互補(bǔ)光伏發(fā)電項(xiàng)目的位置圖如圖1 所示。

圖1 該林光互補(bǔ)光伏發(fā)電項(xiàng)目的位置圖Fig.1 Location map of the forestry-PV complementary power generation project

需要指出的是，該林光互補(bǔ)光伏發(fā)電項(xiàng)目所在地為低山地形，場(chǎng)地四周環(huán)山，山勢(shì)連綿起伏、地勢(shì)陡峭，高程約為250～650 m，相對(duì)高差為400 m。光伏場(chǎng)區(qū)內(nèi)的地貌為原始山坡，地勢(shì)起伏較大，坡度可達(dá)40°～45°。由于項(xiàng)目的占地面積較大，約為1542.48 畝(1 畝約為666.67 m2)，因此為了適應(yīng)陡峭山地地形，項(xiàng)目的總體設(shè)計(jì)放棄了難以安裝的傳統(tǒng)剛性光伏支架，而是采用了復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的柔性光伏支架。項(xiàng)目的光伏組件采用峰值功率為550 W 的單玻單晶硅光伏組件。

柔性光伏支架及支架基礎(chǔ)均處于山坡上，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)多為微孔灌孔樁，光伏組件固定于鋼絞線拉索上。考慮到該項(xiàng)目的占地面積較大，而柔性光伏支架在受風(fēng)較大區(qū)域不宜采用，導(dǎo)致光伏支架難以實(shí)現(xiàn)全面覆蓋，會(huì)不可避免地存在少量間隙。因此，為保障項(xiàng)目建設(shè)用地的利用率，部分間隙采用固定光伏支架填補(bǔ)；同時(shí)，為確保光伏支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限可達(dá)到25 年，柔性光伏支架的鋼構(gòu)件選用鍍鋅防腐材料。施工結(jié)束后，項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)柔性光伏支架的局部結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

3 柔性光伏支架的施工工藝流程與施工方法

在實(shí)際山地光伏發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)工程中，柔性光伏支架的具體施工工序及施工工藝流程如圖3 所示。

圖3 柔性光伏支架的具體施工工序及施工工藝流程Fig.3 Specific production processes and process flow of flexible PV brackets

下文對(duì)柔性光伏支架施工工藝流程中各工序的具體施工方法及要求進(jìn)行介紹與總結(jié)。

3.1 施工前準(zhǔn)備

施工前應(yīng)詳細(xì)研究在復(fù)雜山地架設(shè)柔性光伏支架并順利發(fā)電并網(wǎng)的項(xiàng)目需求，進(jìn)而制定具體的施工方案和計(jì)劃。同時(shí)，根據(jù)工程要求和設(shè)計(jì)圖紙，施工前的準(zhǔn)備工作還應(yīng)實(shí)施以下幾點(diǎn)：

1)核驗(yàn)具體的施工圖與施工現(xiàn)場(chǎng)可能存在的矛盾問(wèn)題，例如：圖紙中柔性光伏支架結(jié)構(gòu)的尺寸異常；樁基測(cè)量放樣點(diǎn)遇到孤石阻礙，成孔困難等，需提前兼容好施工圖與施工現(xiàn)場(chǎng)的匹配性。

2)針對(duì)可能存在的矛盾問(wèn)題，制定專(zhuān)項(xiàng)處置措施，編制具體指導(dǎo)施工作業(yè)書(shū)。例如：對(duì)阻礙樁基施工的孤石進(jìn)行人工挖除；在陡峭地形施工前，人工提前修建施工便道等。

3)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，編制樁基、柔性光伏支架，以及柔性鋼絞線的詳細(xì)施工方案。

4)按計(jì)劃布置施工現(xiàn)場(chǎng)，并提交當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)行政主管部門(mén)(例如：發(fā)展和改革委員會(huì)、環(huán)保部門(mén)、林業(yè)部門(mén)、城市規(guī)劃行政主管部門(mén)、國(guó)土資源部門(mén)、電網(wǎng)等有關(guān)單位和部門(mén))進(jìn)行審批。

5)依照項(xiàng)目的施工進(jìn)度規(guī)劃各類(lèi)材料的用量計(jì)劃，保障施工順利進(jìn)展。

3.2 樁基施工

樁基施工前的測(cè)量定位工作是保障工程質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，測(cè)量放線根據(jù)GB 55018—2021《工程測(cè)量通用規(guī)范》[9]中的要求開(kāi)展，施工期間所有施工定線均需進(jìn)行復(fù)測(cè)驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后才可以進(jìn)行機(jī)械成孔。

樁孔的中心位置偏差應(yīng)在±20 mm 之內(nèi)，樁孔深度允許偏差在+50 mm 以上(即只能深不能淺)，樁孔垂直度允許偏差為小于等于樁長(zhǎng)的1%，孔底的沉渣厚度應(yīng)小于等于50 mm。

需要強(qiáng)調(diào)的是，鉆孔成型后，應(yīng)立即檢查孔的完整度情況，查看是否出現(xiàn)垮孔或孔深不夠等現(xiàn)象；若出現(xiàn)垮孔嚴(yán)重或孔深不夠的情況，需要進(jìn)行再次成孔，直至滿足設(shè)計(jì)要求為止。同時(shí)，施工人員或機(jī)械設(shè)備通過(guò)時(shí)嚴(yán)禁碾壓已成型的孔洞，對(duì)已落入孔底的浮土，需采用人工清理的方式，清理干凈后再進(jìn)行下道工序的施工。

3.3 鋼筋籠的制作與安裝

對(duì)于鋼筋籠的制作，采用機(jī)械下料、人工焊接的方法。制作時(shí)，應(yīng)從鋼筋選料的源頭杜絕工程安全隱患，選用具有質(zhì)量合格證明的合格鋼筋，并進(jìn)行復(fù)測(cè)檢驗(yàn)，以保證鋼筋質(zhì)量；對(duì)已進(jìn)場(chǎng)的鋼筋，應(yīng)按類(lèi)別分區(qū)堆放，并做好區(qū)分標(biāo)識(shí)。

特別說(shuō)明的是，鋼筋加工過(guò)程同樣需要嚴(yán)格控制，需嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙對(duì)鋼筋的形狀、尺寸進(jìn)行加工，在加工過(guò)程中需要避免鋼筋表面受到外界的二次污染。

3.4 鋼管預(yù)埋安裝

鋼管預(yù)埋安裝時(shí)，其應(yīng)與樁基的鋼筋籠連接固定，鋼管與鋼筋籠上的鋼筋采用焊接方式進(jìn)行固定，鋼管中垂線與樁身中垂線應(yīng)重合，使鋼管安裝垂直不傾斜。

需要強(qiáng)調(diào)的是，同樣需要對(duì)鋼管尺寸進(jìn)行規(guī)范處理，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行加工。預(yù)埋安裝前，應(yīng)先對(duì)加工后的鋼管尺寸進(jìn)行檢驗(yàn)校核，校核無(wú)誤后才可以進(jìn)行預(yù)埋安裝。

3.5 混凝土澆筑

樁基澆筑用混凝土采用現(xiàn)場(chǎng)攪拌的方式。本工程采用C30 混凝土，其配合比為“水∶水泥∶砂∶石子=0.38:1.00:1.11:2.72”。其中，砂通常選用含泥量不超過(guò)3%的中砂；石子通常選用質(zhì)地堅(jiān)硬且粒徑在5～40 mm 之間的碎石。

此外，為保證混凝土澆筑的施工質(zhì)量，還必須開(kāi)展以下幾點(diǎn)保障措施：

1)協(xié)調(diào)好各工種的工作配合；

2)嚴(yán)格按照配合比攪拌混凝土，確保計(jì)量準(zhǔn)確；

3)施工過(guò)程中應(yīng)反復(fù)檢查混凝土的塌落度及水灰比，每臺(tái)班至少檢查4 次，同時(shí)預(yù)留好混凝土試塊。

3.6 鋼支架的安裝施工

鋼支架是將柔性鋼絞線所受荷載傳遞至地面的關(guān)鍵組成結(jié)構(gòu)，為整個(gè)柔性光伏支架體系中的剛性組成部分。鋼支架的安裝施工流程可總結(jié)為：基礎(chǔ)施工及預(yù)埋件定位→鋼支架現(xiàn)場(chǎng)拼裝→安裝端部鋼架(調(diào)校端部鋼架垂直度)→端部斜支撐安裝→依次安裝中間鋼架(調(diào)校中間鋼架垂直度)。鋼支架的整體結(jié)構(gòu)布置示意圖如圖4 所示。

圖4 鋼支架的整體結(jié)構(gòu)布置示意圖Fig.4 Diagram of overall structural layout of steel bracket

鋼支架的安裝施工中，最重要的工作為柔性鋼絞線的安裝。柔性鋼絞線(主索)為柔性光伏支架體系的核心，其空載鋪設(shè)順序以150 m 作為1 個(gè)可張拉的固定單元。每個(gè)固定單元的柔性鋼絞線(主索)與螺桿的組合尺寸如圖5 所示。圖中：R為錨具鎖定板平面半徑；Q345B 代表鋼材型號(hào)；YJM9.5-1 代表錨具型號(hào)。

圖5 柔性鋼絞線(主索)與螺桿的組合尺寸(單位：mm)Fig.5 Combination size of flexible steel wire rope(main cable) and screw (Unit：mm)

柔性鋼絞線(主索)在空載狀態(tài)下的鋪設(shè)及張拉順序有兩種，如圖6 所示，下文分別進(jìn)行具體介紹。

圖6 柔性鋼絞線(主索)在空載狀態(tài)下的鋪設(shè)及張拉順序Fig.6 Laying and tensioning sequence of flexible steel wire rope (main cable) under no-load state

1)第1 種鋪設(shè)及張拉順序：從一側(cè)(東或西方向的一端)開(kāi)始分別向另一側(cè)全部鋪設(shè)(圖6中的“1 →2 →3 →4”或“4 →3 →2 →1”)，即每個(gè)固定單元柔性鋼絞線都沿東西方向鋪設(shè)完成后，再進(jìn)行下一個(gè)固定單元柔性鋼絞線的鋪設(shè)。待柔性鋼絞線鋪設(shè)完成后，再將拉桿及纜風(fēng)繩安裝到位，此時(shí)緩沖彈簧的張緊力調(diào)至約1 kN 即可，需要在光伏組件鋪設(shè)完成后再次調(diào)整緩沖彈簧的張緊力，以保證纜風(fēng)繩不松弛，且光伏組件在風(fēng)力作用下無(wú)明顯擺動(dòng)。

2)第2 種鋪設(shè)及張拉順序：由東西兩端同時(shí)向中間鋪設(shè)(圖6 中的“1(4)→2(3)”)，即每個(gè)固定單元柔性鋼絞線都從兩端部向中間鋪設(shè)，沿東西方向鋪設(shè)完成后，再進(jìn)行下一個(gè)固定單元柔性鋼絞線的鋪設(shè)。待鋼絲繩鋪設(shè)完成后，再將拉桿及纜風(fēng)繩安裝到位，同樣，此時(shí)緩沖彈簧張緊力調(diào)至約1 kN 即可，需要在光伏組件鋪設(shè)完成后再次調(diào)整緩沖彈簧的張緊力，以保證纜風(fēng)繩不松弛，且光伏組件在風(fēng)力作用下無(wú)明顯擺動(dòng)。

需要指出的是，柔性鋼絞線(主索)空載鋪設(shè)完成后，每跨的下?lián)现敌杩刂圃?0 mm 之內(nèi)，一定要保證每排光伏組件上的兩條柔性鋼絞線撓度值相同，且單塊光伏組件所在平面內(nèi)兩條柔性鋼絞線的間距控制在1400 mm(允許偏差為±3 mm)，此時(shí)鋼支架端部螺桿兩側(cè)各伸出的長(zhǎng)度應(yīng)控制在50 mm，以便留出較長(zhǎng)的伸縮余量，保證后續(xù)張拉的使用。此外，為了降低鋼支架頂端平面外的側(cè)拉力，鋼支架頂端在張拉力作用下，立柱單向受力不宜大于6.9 kN。當(dāng)該值不易確定時(shí)，應(yīng)采用軸力計(jì)進(jìn)行檢測(cè)，若柱頂同時(shí)有不對(duì)稱的兩組反向側(cè)拉力時(shí)，應(yīng)進(jìn)行抵消，抵消后的差值確定后再進(jìn)行張拉。當(dāng)單向受力值或抵消后的差值超出上述規(guī)定(6.9 kN)時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)妮o助設(shè)施(即臨時(shí)支撐，斜拉)加以臨時(shí)固定，以避免鋼支架受力超限出現(xiàn)較大的傾覆，對(duì)鋼支架及支架基礎(chǔ)造成破壞。

3.7 光伏組件安裝

柔性鋼絞線(主索)空載鋪設(shè)完成后，應(yīng)保證每?jī)蓷l柔性鋼絞線之間的間距(平面內(nèi)垂直投影)相等，且每條柔性鋼絞線的撓度值相同。待空載狀態(tài)下的柔性鋼絞線調(diào)整完成后，開(kāi)始鋪設(shè)光伏組件，光伏組件的鋪設(shè)順序示意圖如圖7所示。

圖7 光伏組件的鋪設(shè)順序示意圖Fig.7 Schematic diagram of laying sequence of PV modules

另外，在光伏組件安裝過(guò)程中需要注意的是：

1)光伏組件的安裝至少要有兩人配合作業(yè)?？上葘⒐潭▔簤K固定于光伏組件上，再由兩個(gè)人一同將1 塊光伏組件安裝到柔性鋼絞線端，要保證固定壓塊擰緊時(shí)4 個(gè)接觸點(diǎn)的受力均勻。

2)光伏組件鋪設(shè)過(guò)程中，應(yīng)保證光伏組件橫向與柔性鋼絞線平行，按南北方向兩塊光伏組件之間的間隔為200 mm 整齊布置；光伏組件的橫向間隔(即東西向間隔)均勻，且間距控制在100 mm，有連桿處間距控制在120 mm。

3)每跨光伏組件的下?lián)现悼刂圃?50 mm以內(nèi)。

4)光伏組件固定壓塊緊固無(wú)松動(dòng)，彈性墊片放置在螺母?jìng)?cè)壓實(shí)。

5)光伏組件邊框無(wú)扭曲變形、拐角無(wú)開(kāi)裂。

6)在光伏組件搬運(yùn)及安裝固定過(guò)程中應(yīng)做好防護(hù)措施，避免因人為操作不當(dāng)造成光伏組件的損壞。

3.8 柔性鋼絞線(主索)的二次張拉

通常待光伏組件鋪設(shè)完成后，或由于短時(shí)間的負(fù)荷作用下柔性鋼絞線( 主索) 由空載狀態(tài)變?yōu)樨?fù)載狀態(tài)，此時(shí)柔性鋼絞線( 主索) 的撓度值增大，柔性鋼絞線( 主索) 由松弛階段向彈性階段轉(zhuǎn)變，在轉(zhuǎn)變過(guò)程中造成的柔性鋼絞線( 主索) 的伸長(zhǎng)屬于結(jié)構(gòu)性伸長(zhǎng)，即為永久伸長(zhǎng)。

應(yīng)在光伏組件鋪設(shè)完成后對(duì)柔性鋼絞線(主索)進(jìn)行第1 次撓度值檢測(cè)，撓度值超出規(guī)定要求的150 mm 時(shí)，應(yīng)同時(shí)擰動(dòng)單跨兩端端部的調(diào)節(jié)螺母進(jìn)行二次張拉(螺桿螺母應(yīng)車(chē)絲加工，安裝前涂敷潤(rùn)滑油脂，兩端同時(shí)張拉以避免光伏組件向一側(cè)偏離)，每根柔性鋼絞線(主索)的張拉力為15 kN，二次張拉順序按照柔性鋼絞線(主索)空載狀態(tài)下的鋪設(shè)張拉順序(見(jiàn)圖6)操作。

柔性光伏支架鋼結(jié)構(gòu)的施工流程如圖8所示。

圖8 柔性光伏支架鋼結(jié)構(gòu)的施工流程Fig.8 Construction process of steel structure of flexible PV bracket

此外，為確保工程施工的安全穩(wěn)定，待工程施工完成后，應(yīng)根據(jù)實(shí)際檢測(cè)周期，先以1 周為檢測(cè)周期，再以1 個(gè)月為檢測(cè)周期，進(jìn)行鋼絲繩伸縮量及撓度值的檢測(cè)。若檢測(cè)中出現(xiàn)柔性鋼絞線跨中的伸縮量及撓度值增大，或同一排光伏組件的兩根柔性鋼絞線下?lián)现挡灰粯拥那闆r時(shí)，應(yīng)逐一進(jìn)行二次張拉，直到調(diào)整至同一跨柔性鋼絞線最低點(diǎn)處于同一標(biāo)高且撓度值相同，讓柔性鋼絞線達(dá)到伸縮穩(wěn)定狀態(tài)為止。例如：某處柔性鋼絞線，7 天時(shí)的跨中撓度值為70 mm，而30 天時(shí)的跨中撓度值達(dá)到120 mm，則需要進(jìn)行二次張拉，至柔性鋼絞線達(dá)到伸縮穩(wěn)定狀態(tài)。

3.9 驗(yàn)收

柔性光伏支架施工工藝流程的最后一道工序?yàn)轵?yàn)收，按照主要鋼結(jié)構(gòu)安裝驗(yàn)收規(guī)范執(zhí)行。

4 結(jié)論

本文基于柔性光伏支架的技術(shù)原理，以浙江省開(kāi)化縣某林光互補(bǔ)光伏發(fā)電項(xiàng)目為例，總結(jié)了柔性光伏支架的施工方法與施工工藝流程。柔性光伏支架靈活可調(diào)，占地面積小，對(duì)場(chǎng)地平整度要求低，可廣泛應(yīng)用于各類(lèi)地形地貌，例如農(nóng)地、林地、復(fù)雜山地、水池等，應(yīng)用前景廣泛。柔性光伏支架的施工方法在該林光互補(bǔ)光伏發(fā)電項(xiàng)目的成功應(yīng)用，可為今后同類(lèi)工程的柔性光伏支架施工提供借鑒。