1、光伏电站土建基础支架2015年08月8日一、光伏电站基础介绍 随着新兴产业的兴起，光伏电站以其工期短、随着新兴产业的兴起，光伏电站以其工期短、见效快、成本相对较低，同时又有地方和国家政见效快、成本相对较低，同时又有地方和国家政策支持的优势，而赢得了广大投资商的广泛关注。策支持的优势，而赢得了广大投资商的广泛关注。近年来，光伏电站的施工工艺不断完善，施工质近年来，光伏电站的施工工艺不断完善，施工质量不断提高，尤其是方阵基础量不断提高，尤其是方阵基础(或基座或基座)的施工工的施工工艺更是得到了进一步提升。艺更是得到了进一步提升。二、光伏电站基础支架设计理念 基础设计基础设计 光伏组件支架基础上作用
2、的荷载主要有：支架光伏组件支架基础上作用的荷载主要有：支架及光伏组件自重、风荷载、雪荷载、温度荷载及及光伏组件自重、风荷载、雪荷载、温度荷载及地震荷载。其中起控制作用的主要为风荷载，因地震荷载。其中起控制作用的主要为风荷载，因此基础设计时应保证风荷载作用下基础的稳定，此基础设计时应保证风荷载作用下基础的稳定，在风荷载作用下，基础有可能出现拔起、断裂等在风荷载作用下，基础有可能出现拔起、断裂等破坏现象，基础设计应能保证在此作用力下不出破坏现象，基础设计应能保证在此作用力下不出现破坏。现破坏。 连接设计连接设计 支架杆件间的连接可采用焊接或螺栓连接支架杆件间的连接可采用焊接或螺栓连接。二.光伏电站
3、基础支架设计理念螺栓连接对结构变形有较强的适应能力，螺栓连接对结构变形有较强的适应能力， 用钢量用钢量小且制作较为方便，小且制作较为方便， 施工安装速度快、便捷；焊施工安装速度快、便捷；焊接连接施工安装速度较慢，需要在基础中预埋钢板，接连接施工安装速度较慢，需要在基础中预埋钢板，用钢量较大；焊机进场需要较长距离施工供电，而用钢量较大；焊机进场需要较长距离施工供电，而且现场施焊受天气影响较大，所以本工程推介采用且现场施焊受天气影响较大，所以本工程推介采用螺栓连接。螺栓连接。 三、光伏组件支架基础的分类光伏组件支架基础主要有独立基础、条形基光伏组件支架基础主要有独立基础、条形基础、预制桩基础、钻孔
4、灌注桩基础、钢螺旋桩基础、预制桩基础、钻孔灌注桩基础、钢螺旋桩基础。础。 （1）独立基础：形式简单，应用广泛，埋置）独立基础：形式简单，应用广泛，埋置较深，开挖量及回填量较大。较深，开挖量及回填量较大。（2）条形基础：基础埋置深度可相对较浅，）条形基础：基础埋置深度可相对较浅，但开挖量、回填量较大，混凝土量相对较大。此但开挖量、回填量较大，混凝土量相对较大。此类基础型式多应用于地基承载力较差，对不均匀类基础型式多应用于地基承载力较差，对不均匀沉降要求较高的平单轴光伏支架中。沉降要求较高的平单轴光伏支架中。 。 三.光伏组件支架基础分类（3）预制桩基础：可批量制作，施工速度快，）预制桩基础：可批
5、量制作，施工速度快，施工不存在填挖方，仅需简单场平。但采用静压施工不存在填挖方，仅需简单场平。但采用静压或锤击设备将桩体挤压入土内时，桩体易发生断或锤击设备将桩体挤压入土内时，桩体易发生断裂，需对桩顶采用钢筋网加固，增加造价，且垂裂，需对桩顶采用钢筋网加固，增加造价，且垂直度不易保证。多用于淤泥质土、粘性土、填土、直度不易保证。多用于淤泥质土、粘性土、填土、湿陷性黄土等湿陷性黄土等（4）钻孔灌注桩基础：成孔较为方便，可以根）钻孔灌注桩基础：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，对原有植被土钢筋用量
6、小，开挖量小，施工快，对原有植被破坏小。但存在混凝土现场成孔、浇筑，适用于破坏小。但存在混凝土现场成孔、浇筑，适用于一般填土、粘性土、粉土、砂土等。一般填土、粘性土、粉土、砂土等。 三.光伏组件支架基础分类三.光伏电站组件支架分类（5）钢螺旋桩基础：成孔方便，可以根据地形）钢螺旋桩基础：成孔方便，可以根据地形调整基础顶面标高，不受地下水影响，在冬季气调整基础顶面标高，不受地下水影响，在冬季气候条件下照常施工，施工快，标高调整灵活，对候条件下照常施工，施工快，标高调整灵活，对自然环境破坏很小，不存在填挖方工程，对原有自然环境破坏很小，不存在填挖方工程，对原有植被破坏小，不需要场平。适用于沙漠、草
7、原、植被破坏小，不需要场平。适用于沙漠、草原、滩涂、戈壁、冻土等。但用钢梁较大，造价相对滩涂、戈壁、冻土等。但用钢梁较大，造价相对较高，且不适用于有强腐蚀性地基及岩石地基。较高，且不适用于有强腐蚀性地基及岩石地基。 四、独立基础4.1 独立基础的特点：独立基础对地质条件要求较小，施工方法简单。独立基础对地质条件要求较小，施工方法简单。开挖后基础槽壁无塌陷现象，基槽成型率高。开挖后基础槽壁无塌陷现象，基槽成型率高。施工时模板一次加工成型，可多次循环利用，使施工时模板一次加工成型，可多次循环利用，使用方法简单，可以有效提高每天基础的浇筑量。用方法简单，可以有效提高每天基础的浇筑量。由于在施工过程中
8、土方开挖量、混凝土浇筑量、由于在施工过程中土方开挖量、混凝土浇筑量、钢筋用量及机械人工费用小，经济效益明显。钢筋用量及机械人工费用小，经济效益明显。4.2 光伏独立基础图片展示四、独立基础4.3 适用范围适用于地质条件差，无法满足灌注桩施工的光伏适用于地质条件差，无法满足灌注桩施工的光伏电站工程。电站工程。施工土层中普遍含有粒径大于施工土层中普遍含有粒径大于10mm的块石，且的块石，且块石含量高。块石含量高。四、独立基础4.4 独立基础施工工艺流程大面大面场地场地平整平整基建面基建面平整平整基础开挖基础开挖洒水夯实洒水夯实钢筋绑钢筋绑扎扎拆模拆模放点放点 放线放线养护养护回填回填立模板立模板复
9、测复测浇筑、安装浇筑、安装固定螺杆固定螺杆四、独立基础五、条形基础5.1条形基础的特点通过在光伏支架前后立柱之间设置基础梁，从而将通过在光伏支架前后立柱之间设置基础梁，从而将基础重心转移至前后立柱之间，增加了基础抗倾覆基础重心转移至前后立柱之间，增加了基础抗倾覆力臂，可以仅通过自重抵抗风荷载造成的光伏支架力臂，可以仅通过自重抵抗风荷载造成的光伏支架倾覆力矩；条形基础与地基土的接触面积大，适用倾覆力矩；条形基础与地基土的接触面积大，适用于场地平坦，地下水位较低的地区。因为基础表面于场地平坦，地下水位较低的地区。因为基础表面积相对较大，所以一般埋深在积相对较大，所以一般埋深在200-300mm之间
10、。之间。5.2 条形基础展示 五.条形基础六、预制桩基础6.1 预制桩基础概念预制桩，是在工厂或施工现场制成的各种材料、各种形式预制桩，是在工厂或施工现场制成的各种材料、各种形式的桩（如木桩、混凝土方桩、预应力混凝土管桩、钢桩的桩（如木桩、混凝土方桩、预应力混凝土管桩、钢桩等），用沉桩设备将桩打入、压入或振入土中。中国建筑等），用沉桩设备将桩打入、压入或振入土中。中国建筑施工领域采用较多的预制桩主要是混凝土预制桩和钢桩两施工领域采用较多的预制桩主要是混凝土预制桩和钢桩两大类大类优点：预制桩生产成本低，配筋率很小，节约钢材，优点：预制桩生产成本低，配筋率很小，节约钢材，空心桩很环保，直径小比表面
11、积大，单方混凝土的承空心桩很环保，直径小比表面积大，单方混凝土的承载力很大，施工简单，技术难度低。载力很大，施工简单，技术难度低。缺点：预制桩的挤土效应在饱和粘缺点：预制桩的挤土效应在饱和粘 到加密、提高承载力的作到加密、提高承载力的作用。用。性土中是负面的，会引发灌注桩断性土中是负面的，会引发灌注桩断 桩、缩颈等质量事故，对于挤土预桩、缩颈等质量事故，对于挤土预 制混制混凝土桩和钢桩会导致桩体上浮凝土桩和钢桩会导致桩体上浮 降低承载力，增大沉降；在松散土降低承载力，增大沉降；在松散土 和非饱和填土中则是正面的，会起和非饱和填土中则是正面的，会起6.2 预制桩特点预制桩特点六、预制桩基础6.3
12、 预制桩展示预制桩展示六、预制桩基础七、微孔灌注桩基础7.1 微型钻孔灌注桩概况（简称微型桩）微型桩最早由意大利人微型桩最早由意大利人FLizzi提出的，起初在英提出的，起初在英美等国称之为美等国称之为“网状结构树根桩（网状结构树根桩（Reticulated Rcot Piles）”，到了日本，简称为，到了日本，简称为RRP工法，又工法，又叫土的加筋，叫土的加筋，20世纪世纪80年代到了国内称之为微型年代到了国内称之为微型桩（桩（Micro Piles）或者称之为树根桩（）或者称之为树根桩（Rcot Piles）。其是一种较小直径的钻孔灌注桩，直径）。其是一种较小直径的钻孔灌注桩，直径一般在一
13、般在1030cm，长细比一般大于，长细比一般大于30，桩体由，桩体由压力灌注的水泥砂浆或小石子混凝土与加劲材料压力灌注的水泥砂浆或小石子混凝土与加劲材料组成。根据不同的用途，用于微型桩的加劲材料组成。根据不同的用途，用于微型桩的加劲材料可以是钢筋、钢管或其他型钢。微型桩可以是垂可以是钢筋、钢管或其他型钢。微型桩可以是垂直布置，也可以是倾斜布置；可以成排布置，也直布置，也可以是倾斜布置；可以成排布置，也可交叉成网状布置形如树根。可交叉成网状布置形如树根。七、微孔灌注桩基础7.2 微型桩施工7.3 微型桩结构布置形式的特点桩锚微型桩体系桩锚微型桩体系：桩锚微型桩体系就是在基坑开挖面上桩锚微型桩体系
14、就是在基坑开挖面上按照一定的距离和形式布置微型桩，各微型桩通过连接按照一定的距离和形式布置微型桩，各微型桩通过连接横梁传递土体压力，并通过锚杆（索）传递带稳定土层横梁传递土体压力，并通过锚杆（索）传递带稳定土层中，这种结构形式适用于基础与边坡中之间距离小且比中，这种结构形式适用于基础与边坡中之间距离小且比较软弱的土体。较软弱的土体。独立微型桩体系独立微型桩体系：独立微型桩体系就是在基坑的开挖面独立微型桩体系就是在基坑的开挖面上或自然坡面上按照一定的间距布置多根或多排微型桩，上或自然坡面上按照一定的间距布置多根或多排微型桩，各根桩相互独立，桩与桩间的相互作用仅通过土体进行各根桩相互独立，桩与桩间
15、的相互作用仅通过土体进行传递。这种结构形式比较适合于传递。这种结构形式比较适合于坡坡体完整性较好且强度体完整性较好且强度较高的土体。较高的土体。七、微孔灌注桩基础平面桁架微型桩体系平面桁架微型桩体系：将坡面上布置的多根或多排微型桩将坡面上布置的多根或多排微型桩通过连系梁将其顶端横向连接在一起而形成的结构体系称通过连系梁将其顶端横向连接在一起而形成的结构体系称为平面桁架微型桩体系。这种结构形式适合于坡体发育有为平面桁架微型桩体系。这种结构形式适合于坡体发育有两种结构面，且完整性较差的边坡。两种结构面，且完整性较差的边坡。空间桁架微型桩体系空间桁架微型桩体系：空间桁架微型桩体系是在平面桁架空间桁架
16、微型桩体系是在平面桁架微型桩体系的基础上用连系梁将沿着边坡走向的多排微型微型桩体系的基础上用连系梁将沿着边坡走向的多排微型桩连接在一起而形成的结构体系。对于坡体发育有两种以桩连接在一起而形成的结构体系。对于坡体发育有两种以上的结构面，岩体软弱破碎和完整性很差的边坡可采用这上的结构面，岩体软弱破碎和完整性很差的边坡可采用这种结构。种结构。七、微孔灌注桩基础7.4 微型钻孔灌注桩与普通钻孔灌注桩工艺600mm600mm钻孔灌注桩的工艺流程：钻孔灌注桩的工艺流程：400mm400mm钻孔灌注桩的工艺流程：钻孔灌注桩的工艺流程：钻机就位开孔钻进到设计深度后冲孔下加筋材料下导管二次清孔灌注混凝土拔出导管
17、成桩钻机就位开孔钻进到设计深度二次注浆拔出二次注浆管成桩通过注浆管冲洗孔底及碎石下加筋材料下注浆管投放碎石骨架料通过注浆管注水泥浆待水泥浆溢出孔口后拔出注浆管七、微孔灌注桩基础7.5 微型桩的注浆和成桩情况和一般钻孔灌注桩的区别钻孔灌注桩是直接用标号大于钻孔灌注桩是直接用标号大于C30C30的混凝土浇筑，而微型桩是用碎石通的混凝土浇筑，而微型桩是用碎石通过注浆凝固而成，因为钻孔灌注桩口径大，内置较大直径注浆导管，过注浆凝固而成，因为钻孔灌注桩口径大，内置较大直径注浆导管，而微型桩只能用口径较小注浆管。而微型桩只能用口径较小注浆管。从成桩的形状上的区别从成桩的形状上的区别 钻孔灌注桩成型后钻孔灌
18、注桩成型后 微型灌注桩成型后微型灌注桩成型后泥浆护壁，成桩后桩侧平整要 求 二 次 注浆 成 桩 ， 成 桩后 断 面 呈 不 规则 分 布 ， 孔 底为 凸 出 状七、微孔灌注桩基础 7.6 微型桩的侵蚀防护 微型桩抗微型桩抗腐蚀防护方法：镀锌处理；表面涂腐蚀防护方法：镀锌处理；表面涂环氧树脂；采用套管；提前对腐蚀程度进行估环氧树脂；采用套管；提前对腐蚀程度进行估算，加筋尺寸适当加大算，加筋尺寸适当加大微型桩的防护应满足以下基本要求微型桩的防护应满足以下基本要求：应按微型应按微型桩的使用年限、微型桩所处环境的腐蚀程度及微桩桩的使用年限、微型桩所处环境的腐蚀程度及微桩破坏后果等因素确定防护类型
19、与标准；微型桩防破坏后果等因素确定防护类型与标准；微型桩防护的有效期应等于微型桩的使用有效期；采取防护的有效期应等于微型桩的使用有效期；采取防护措施的加筋应能将荷载传递到桩体；微型桩及护措施的加筋应能将荷载传递到桩体；微型桩及其防护系统在制作、运输、安装过程中不应受到损其防护系统在制作、运输、安装过程中不应受到损坏；用作防护的材料在预料的工作温度范围内保坏；用作防护的材料在预料的工作温度范围内保证不开裂、不变脆或液化，具有化学稳定性，不与证不开裂、不变脆或液化，具有化学稳定性，不与相邻材料发生反应，并保持其抗渗性。相邻材料发生反应，并保持其抗渗性。七、微孔灌注桩基础八、钢螺旋桩基础8.1螺旋桩
20、概况螺旋桩利用的历史可以追溯到螺旋桩利用的历史可以追溯到18世纪世纪30年代，年代，最早是作为一种地锚系统应用于英格兰地区最早是作为一种地锚系统应用于英格兰地区的一座建于潮汐地段的灯塔。一个名叫的一座建于潮汐地段的灯塔。一个名叫Al exander M i t chel 的英格兰砖匠发明了这的英格兰砖匠发明了这种桩型，但其钻进能力却局限于当时的技术种桩型，但其钻进能力却局限于当时的技术水平。水平。八.钢螺旋桩基础19世纪世纪40年代以来，螺旋桩得到了蓬勃的发展，年代以来，螺旋桩得到了蓬勃的发展，早期主要是作为抗拔锚桩。早期主要是作为抗拔锚桩。19世纪世纪80年代后，作年代后，作为一种具有独特优
21、势的替代桩型螺旋桩在美国、澳为一种具有独特优势的替代桩型螺旋桩在美国、澳洲和欧洲等国被广泛应用，可满足抗压、抗拔和抗洲和欧洲等国被广泛应用，可满足抗压、抗拔和抗水平力等各种工程要求。水平力等各种工程要求。八、钢螺旋桩基础8.2 螺旋桩施工特点一种带螺旋叶片的金属或非金属材料的管桩或柱桩，利一种带螺旋叶片的金属或非金属材料的管桩或柱桩，利用专用设备旋拧入地下，桩顶连接负载，其优点为施工用专用设备旋拧入地下，桩顶连接负载，其优点为施工快捷方便、大幅缩短施工周期、对环境友好、环保、不快捷方便、大幅缩短施工周期、对环境友好、环保、不破坏植被、可在包括北方冬季的各种气候条件下实施，破坏植被、可在包括北方
22、冬季的各种气候条件下实施，能方便迁移及回收能方便迁移及回收。8.3螺旋桩适用范围八、钢螺旋桩基础8.4 8.4 螺旋桩单桩承载力螺旋桩单桩承载力根据建筑结构荷载规范（根据建筑结构荷载规范（G B50009-2001G B50009-2001）、）、钢结构设计规范（钢结构设计规范（G B50017-2003G B50017-2003）、建筑）、建筑桩基技术规范（桩基技术规范（JG J94-2008JG J94-2008）的规定，以及根）的规定，以及根据诺斯曼能源在河北、山东、广东、福建、安徽、据诺斯曼能源在河北、山东、广东、福建、安徽、黑龙江、辽宁、内蒙、西藏、甘肃、宁夏、新疆黑龙江、辽宁、内蒙
23、、西藏、甘肃、宁夏、新疆等多地的地质实地勘察与气候调研，计算出螺旋等多地的地质实地勘察与气候调研，计算出螺旋桩单桩承载力的抗压设计值均桩单桩承载力的抗压设计值均10KN 10KN ，抗拉设计，抗拉设计值均值均2020即满足设计要求，即满足设计要求，八.钢螺旋桩基础八.钢螺旋桩基础8.48.4而依据国家规范建筑基桩检测技术规范而依据国家规范建筑基桩检测技术规范JG JG J 106-2003J 106-2003的规定，须满足桩基础承载力特征值的的规定，须满足桩基础承载力特征值的安全系数为安全系数为2 2，即单桩极限承载力的设计标准值大，即单桩极限承载力的设计标准值大于传递到桩顶的荷载效应标准组合
24、值的于传递到桩顶的荷载效应标准组合值的2 2倍。经过倍。经过多地实测，采用能获得最大综合效益的多地实测，采用能获得最大综合效益的1. 5m 2. 1. 5m 2. 5m 5m 范围内的设计桩长，根据不同的地质条件下而范围内的设计桩长，根据不同的地质条件下而有针对性设计的桩型在上述各地进行现场静载荷试有针对性设计的桩型在上述各地进行现场静载荷试验，获取螺旋桩单桩承载力均超过标准，确保了桩验，获取螺旋桩单桩承载力均超过标准，确保了桩基承载力的安全储备满足现行设计规范要求。基承载力的安全储备满足现行设计规范要求。8.5 螺旋桩的防腐（耐久性）措施（1）表面涂镀防腐层。目前国内光伏电站中所使）表面涂镀
25、防腐层。目前国内光伏电站中所使用的螺旋桩，采用得最多的防腐措施是在钢桩内用的螺旋桩，采用得最多的防腐措施是在钢桩内外面涂镀高标准的热浸锌合金镀层。经过采用切外面涂镀高标准的热浸锌合金镀层。经过采用切割锤击法检测其附着力，被证明可靠有效。现场割锤击法检测其附着力，被证明可靠有效。现场实践也证明，承受施工旋拧与土体摩擦后，合金实践也证明，承受施工旋拧与土体摩擦后，合金镀层基本能保持完好。镀层基本能保持完好。八.钢螺旋桩基础八.钢螺旋桩基础（2）增加腐蚀余量：即增加钢材壁厚；）增加腐蚀余量：即增加钢材壁厚； 目前目前光伏项目中广泛使用的螺旋桩中轴钢管的规格光伏项目中广泛使用的螺旋桩中轴钢管的规格为外径为外径76mm 76mm ，壁厚为，壁厚为4mm 4mm ，即使按照，即使按照JG J94JG J94的的规定，对于埋置于土中的钢桩在设计寿命规定，对于埋置于土中的钢桩在设计寿命2525年年中单侧最大的腐蚀量为中单侧最大的腐蚀量为1.25mm 1.25mm ，考虑腐蚀量后，考虑腐蚀量后，桩身仍可承受的抗拉抗压荷载约为桩身仍可承受的抗拉抗压荷载约为130kN130kN，远大，远大于光伏支架立柱所承受的抗拉或抗压荷载（约于光伏支架立柱所承受的抗拉或抗压荷载（约20kN 20kN 左右）左右）Thanks!把绿色能源带进生活
