山地光伏支架基础创新研究及运用

山地光伏支架基础创新研究及运用

贾晓鹏

中国建筑材料工业地质勘查中心陕西总队 陕西西安 710003

摘要：本文针对山地光伏支架基础创新研究及运用，结合理论实践，在简要阐述光伏支架基础的受力特点的基础上，分析传统山地光伏支架基础设计和建设中存在的不足，并提出机械成孔钢管地锚基础创新设计的运用。机械成孔钢管地锚基础具有适应性强、施工便捷、工艺设备简单等优点，值得大范围推广应用的结论，希望对相关单位有一定帮助。

关键词：山地光伏；支架基础；创新设计；运用

Innovative research and application of mountain photovoltaic support foundation

Jia Xiaopeng

(Shaanxi General Team of China Building Materials Industry Geological Exploration Center, Xi'an 710003, Shaanxi)

Abstract: aiming at the innovative research and application of photovoltaic support foundation in mountainous area, combining with theory and practice, this paper analyzes the shortcomings in the design and construction of traditional photovoltaic support foundation in mountain area on the basis of briefly expounding the stress characteristics of photovoltaic support foundation. And put forward the application of innovative design of mechanical hole-forming steel pipe anchor foundation. With the advantages of strong adaptability, convenient construction, simple process equipment and so on, it is worth popularizing and applying on a large scale, hoping to be helpful to relevant units.

Keywords: mountain photovoltaic; support foundation; innovative design; application

据统计数据显示，截至2019年底，全球光伏装机总量达到406.5GW，2016年全球光伏新增装机76.6GW，同比大幅增长52.9%。中国2016年全年光伏装机34.54GW，装机量同比增长128.3%；其中分布式光伏4.24GW，增速达200%。我国是一个能源消耗大国，近年来，国家越来越重视新能源各细分产业的发展，对光伏行业陆续出台了多项支持政策，极大的推动了我国光伏产业的发展。山地光伏是我国整个光伏产业的核心，对支架基础有极高的要求，但我国对此方面的研究还不够深入，因此，本文基于理论实践，对山地光伏支架基础创新研究及运用做了如下分析。

1. 山地光伏支架基础受力特点分析

光伏支架基础上部的支撑结构为钢结构支架，其主要作用是承受光伏支架传输到基础上的竖向荷载，和来自于水平方向的推力。为保证光伏支架整体结构的稳定性，需要对风荷载进行全方位控制。太阳能电池板支架和基础结构主要起控制作用，但风荷载相对比较复杂，这就决定了光伏支架基础的受力结构也更加复杂^【1】。外界天气变幻莫测，不同风向的风力对光伏支架的影响也不尽相同，支架传输到基础顶部的反力顺风和逆风工况的方向相反。也就是说在顺风时，光伏支架主要承受竖向压力和水平推力，而在逆风时主要承受上拔力和水平推力。所以，选择合适的支架基础结构形式，是提升光伏支架稳定性和可靠性的关键和基础。在选择基础形式时，不但要充分考虑光伏支架基础在不同受力工况下的受力特点，而且还要尽量选择工程量小、工艺简单基础，才能满足实际需求。

2. 传统光伏支架基础存在的不足

2.1钢螺旋地锚基础存在的不足

此种山地广伏支架基础施工的主要原理是：在钢制地锚管上焊接相应的叶片，促使地锚管形成螺旋状桩体，然后通过螺旋锚钻旋转到地基砂土中。虽然可以有效满足实际需求，但腐蚀比较严重，需要采用一系列防腐措施，才能延长桩基使用寿命，大幅度提升了造价成本。

2.2微孔灌注桩基础存在的不足

此种桩基础的主要材质为钢筋混凝土，桩身也比较长，土石方开挖量比较大，需要采用专业机械设备来钻孔、清孔，同时需要制作钢筋笼，配制混凝土等操作，涉及到工序比较复杂繁琐，同时建设成本也比较高。

2.3预应力管桩基础存在的不足

在进行混凝土浇筑前，先通过张拉法对钢筋进行张拉处理，形成一定的预应力以后再进行混凝土浇筑预制成桩，此种基础对作业技术、机械化程度和人工填土的要求比较更高，而且具有很强的局限性，只能应用在软土、黏性土、粉土等土质光伏支架基础，应用有限难以满足实际需求。

2.4钢筋混凝土独基础

此种基础开挖土石方和回填土工程量比较大，为避免产生不均匀沉降，主要应用在地基承载力比较高的山地中，而且基础高度可调整的范围有限，施工工期比较长。

从中可以看出，无论是那种传统基础施工技术，都具有一定的局限性，无法解决山地光伏地形和地质条件下基础工程量大、基础投入造价高、施工周期长、支架不易调整等的难题^【2】。

3. 山地光伏支架基础创新设计和运用

由于传统山地光伏支架基础在不同方面普遍存在一定的不足和缺陷，随着我国山地光伏事业持续稳定的发展，传统山地光伏支架基础已经难以满足实际需求，急需一项全新的基础施工技术才能推动我国光伏事业稳定发展。经过多年的研究和试验，研发出了机械成孔钢管地锚基础，属于一种全新的山地光伏支架基础施工方法，具体情况如下：

3.1结构形式

机械成孔钢管地锚基础的整体呈现圆柱体，通过素混凝土浇筑而成，直径在120mm~160mm之间，长度普遍在2m以下，桩身全部埋于地下，具体结构示意图如图1所示：

图 1 机械成孔钢管地锚基础结构示意图

机械成孔钢管地锚基础顶部预埋了1根镀锌圆形钢管，有效解决了方钢、角钢等截面难以旋转和调整的弊端，同时有效解决了传统基础施工定位不准确、质量控制难度大的问题。光伏支架的立柱和基础预埋钢管主要采用承插式定位的方法进行全方位连接^【3】。光伏支架可以在此钢管中自由调整高度，有效解决了山地光伏支架角度调整困难的问题。在立柱和基础钢管相互连接的位置，通过紧固螺栓和对穿螺栓进行全方位固定，具体结构示意图如图2所示：

图2螺栓连接示意图

大量应用实例表明，此种连接方式的质量更加稳定、操作更加便捷，而且不需要焊接，在施工时也不会受到地形地貌、气候、温度、天气变化等因素的影响，大大提高了施工效率。

太阳的运动路线为从东向西，因此，在光伏支架和光伏系统组件安装过程中，要尽量坐北朝南。地基所承受的荷载主要包括：南向风压、北向风压、组件的自重等。针对此类基础所承受的荷载，基础中要适当预埋镀锌钢管，并沿着主要的受力方向来焊接2根带肋钢筋。钢筋的总体长度可以根据孔深来合理调整。为保证钢筋和预埋钢管相互连接的质量，可以采用满焊的方法进行连接。

3.2机械成孔钢管地锚基础的优点

和传统基础相比，机械成孔钢管地锚基础在主要受力的方向增设了带肋钢筋，大幅度提升了山地广伏支架的抗拔性，而且减小了基础钢管的长度，此种优点得益于机械成孔钢管地锚基础具有很强的力学性能，而且孔径和深度也比较小，有效降低了山地光伏支架的工程造价。

山地光伏支架可以在基础管理中合理调整高度，从而有效解决光伏支架难以自主调整高度的问题，而且具有很强适应性，因此，被广泛应用在低山丘陵、坡度变化等复杂山地光伏系统建设中。

3.3实际运用分析

某30MWp光伏并网发电工程中，设置了2940个一级阵列，每个阵列18个基础，和传统钢筋混凝土钻孔灌注桩基础施工施技术相比，大约节约了140余万元。基础施工采用了履带液压潜孔钻机配合空压机进行成孔处理， 具有很强的穿透力^【4】。可有效满足该区域地质条件的要求，而且也具有很强的可施工性，单机单日可成孔100~200，且人成本比较低，大大提高了施工效率。

4、结束语

综上所述，本文结合理论实践，深入分析了山地光伏支架基础创新设计和实际应用，分析结果表明，山地光伏是我国光伏事业的主要组成部分，而地基基础质量，直接决定了整个山地光伏质量。但传统基础施工技术存在很多的局限性和不足，已经难以满足目前我国山地光伏事业持续稳定发展的具体需求。而机械成孔钢管地锚基础无论是施工效率还是施工成本等方面都具有非常明显的优势，同时还具有很强适应性，可以有效满足山地光伏支架施工建设的具体需求，值得大范围推广应用。

参考文献：

[1]何文俊,郑少平,周于程.山地光伏支架基础创新研究及应用[J].工程建设与设计, 2016(5):25-27.

[2]宋奇,黄富强,李艳飞.光伏支架基础设计创新研究[J].工程技术:文摘版, 2016(5):00117-00117.

[3]邢克勇,黄文莉.光伏支架基础设计创新研究[C]// 中国电机工程学会电力土建专业委员会2013年“新能源、新技术、创新发展”学术交流会.2013.

[4]操毅,李伟,胡俊杰,等.山地光伏工程中微孔灌注桩基础质量控制研究[C]//“技术创新与信息化驱动电力土建发展”学术交流会.2015.