太陽能光伏陣列支架基礎設計

沙蓓 管梅梅 張志超

中國核工業二三建設有限公司華東分公司

摘要：隨著新能源的不斷發展，太陽能光伏發電應用范圍越來越廣泛，結合光伏支架上部荷載小、基礎數量多的特點，論述光伏支架的基礎形式，合理的基礎方案可以取得最優技術經濟性。利用預制薄壁構件做基礎，采用新的基礎形式，打破傳統的基礎設計理念，達到基礎工程量最小，可以大幅度降低工程造價，取得良好的經濟效益。

關鍵詞：太陽能 支架基礎 基礎選型 光伏

引言

根據《建筑地基技術處理規范》、《建筑地基基礎設計規范》、《建筑抗震設計規范》的要求，論述光伏支架的基礎形式。

太陽能光伏產業在現在和將來的能源利用中，將起到主要的作用。目前，各個國家對太陽能光伏電池的需求正在不斷增加。太陽能光伏產業的原料來源于大地上的硅。對我們來說，幾乎是取之不盡用之不竭的，在未來將會有重要的發展前景。太陽能是未來最清潔、安全和可靠的能源，發達國家正在把太陽能的開發利用作為能源革命主要內容長期規劃，光伏產業正日益成為國際上繼IT、微電子產業之后又一爆炸式發展的行業。與水電、風電、核電等相比，太陽能發電沒有任何排放和噪聲，應用技術成熟，安全可靠；除大規模并網發電和離網應用外，太陽能還可以通過抽水、超導、蓄電池、制氫等多種方式儲存，太陽能+蓄能幾乎可以滿足世界未來穩定的能源需求。

與此同時，我們將會考慮到施工和造價的問題。在太陽能發電應用中光伏發電工程支架基礎工程量在整個工程造價中占較大比重，基礎選型直接影響工

程投資、施工組織和施工工期。在滿足規范要求的前提下，支架基礎優化方案成為光伏工程土建部分的重點課題。

某工程為山地項目，站址屬山麓斜坡堆積地貌，站址區內溝壑發育，地形起伏較大，地層主要由黃土狀粉土、碎石等組成，靠近山體的地勢較高地段有基巖零星分布。根據現階段地質資料，支架基礎方案推薦采用以下五種：現澆獨立基礎；預制條形基礎；微型鋼筋混凝土灌注樁基礎；鋼制地錨樁基礎；預成孔地錨樁基礎。

第一種為現澆混凝土獨立基礎，該方案是采用傳統現澆混凝土基礎，根據計算結果，取混凝土強度等級為C30，基礎底板尺寸0.6x0.6m，主柱截面為0.2x0.2m，基礎埋深1.0m，主柱高出地面0.3m。主柱縱向受力鋼筋為4根Ф12鋼筋，箍筋為Ф6@200mm，沿主筋均勻分布，鋼筋保護層厚度35mm。主柱頂部預埋螺栓與光伏陣列支架支腿連接，滿足安全及強度要求。1MWp的基礎需混凝土233m3 ，鋼筋12.5t，1MWp工程造價約為1287萬。獨立混凝土基礎作為傳統現澆混凝土基礎方案，具有施工工藝簡單，適于各種地質條件的優點，但獨立基礎要開挖和回填，需要對現澆混凝土支模養護，用水量很大，施工周期長，施工人員多，施工費用高，且不利于周圍植被的保護，對環境影響較大。。

第二種為預制條形基礎：2.6mx0.4mx0.7m（長x寬x高），基礎底標高為-0.40m（相對標高），高出廠區地坪0.30m，混凝土強度等級C30。基礎全長范圍內鋼筋要求為：主筋為4根Ф12鋼筋，箍筋為Ф6@250mm，沿主筋均勻分布，鋼筋保護層厚度35mm。基礎頂預留螺栓。光伏陣列支架柱與基礎頂預留埋件采用螺栓連接，連接必須滿足安全、不均勻沉降要求。施工采用機械或人工開挖，之后將預制基礎就位，最后采用原狀土回填。1MWp的土石方開挖3687m3，土石方回填3134m3，基礎混凝土245.5m3，鋼筋17.4 t ，墊層：

121m3，1MWp工程造價約為1617萬元。預制條形基礎具有防止不均勻沉降、適應較差地質條件的優點，但條形基礎也需要開挖和回填，不利于周圍植被的保護，對環境影響較大，且施工周期較長，施工費用高。

第三種為微型鋼筋混凝土灌注樁基礎，基礎采用微型鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，根據計算結果，取樁徑300mm，前樁樁長1.6m，埋深1.3m；后樁樁長1.8m，埋深1.5m。混凝土強度等級C30。樁身全長范圍內鋼筋籠要求為：主筋為5根Ф10 鋼筋，箍筋為Ф6@100/200mm，沿主筋均勻分布，鋼筋保護層厚度50mm。1MWp的土石方開挖4424m3，土石方回填3760m3，基礎混凝土218.8m3，鋼筋13.5 t ，墊層104m34，1MWp工程造價約為8.41x33=1597.5萬。基礎樁頂應居中預埋地腳螺栓。光伏陣列支架立柱與基礎采用螺栓連接，連接必須滿足安全及強度要求。微型鋼筋混凝土灌注樁采用微型機械成孔設備，施工速度較快，沒有土方開挖及回填，工程造價低，工期較長。

第四種為鋼制地錨樁基礎，基礎采用鋼制地錨樁，根據計算結果，取鋼管直徑為0.076m，樁長1.8m，入土深度1.6m，1472根/方陣。1MWp工程造價約為1320萬。對鋼制地錨樁樁徑及樁長進行設計驗算，以保證其能滿足豎向承載能力，水平承載能力、抗拔承載能力以及抗傾覆承載力的要求；采取可靠連接措施以保證鋼制地錨樁與上部支架系統安全連接；采取相應防腐措施保證鋼質地錨的使用壽命達到抗腐蝕要求。鋼制地錨樁具有施工速度快，環保和節約施工及運輸成本的優點，雖然鋼制地錨樁造價相對較高，但可大大縮短施工工期，并且不存在塌孔的問題。

第五種為預成孔地錨樁基礎，預成孔地錨樁適用于堅硬土層，如卵石層和巖石層。根據計算結果，預成孔地錨樁成孔直徑僅需150mm左右，樁長1.8m，入土深度1.6m，其中0.6m采用直徑為0.076m鋼管，鋼管以下部分采用焊接鋼筋錨固。1MWp工程造價為1320萬。成孔機械為專業的鉆巖機，施工技

術簡便、成熟。對地錨樁樁徑及樁長進行設計驗算，以保證其能滿足承載能力的要求；采取可靠連接措施以保證地錨樁與上部支架系統安全連接；采取相應防腐措施保證鋼質地錨的使用壽命達到抗腐蝕要求。地錨樁具有施工速度快，環保和節約施工成本的優點，且對地質條件要求較低。

光伏支架基礎方案確定，通過對五種基礎形式技術及經濟對比，鋼制地錨樁與預成孔地錨樁基礎方案雖然造價相對較高，但施工快，工期短，可以減小地基土濕陷性的影響，水土保持好，且針對堅硬土的地質情況，有其獨特的優越性，同時結合現階段工程地質情況，擬采用預成孔地錨樁基礎。待下階段根據區域地質情況及總平面布置對基礎形式做進一步優化。

參考文獻

【GB 50007-2011】 中國建筑工業出版社 《建筑地基基礎設計規范》

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2013-06-01 246頁