自動(dòng)沉樁技術(shù)在光伏電站建設(shè)中的應(yīng)用研究

何銀濤，黃 華，汪婷婷

（特變電工新疆新能源股份有限公司，陜西 西安 710119）

自動(dòng)沉樁技術(shù)在光伏電站建設(shè)中的應(yīng)用研究

何銀濤，黃 華，汪婷婷

（特變電工新疆新能源股份有限公司，陜西 西安 710119）

目前，自動(dòng)沉樁技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要是通過將樁點(diǎn)定位系統(tǒng)、樁頂標(biāo)高檢測(cè)系統(tǒng)、靜壓沉樁系統(tǒng)等與靜壓沉樁機(jī)械有機(jī)結(jié)合，組成自動(dòng)沉樁機(jī)，達(dá)到樁點(diǎn)自動(dòng)定位、沉樁操作自動(dòng)化的目的，而且此類沉樁機(jī)主要針對(duì)鋼樁的沉樁施工，比如H型鋼、槽鋼、“幾”字型鋼等截面形式的鋼樁，特別適用于大型地面光伏電站大量光伏支架基礎(chǔ)的沉樁施工，以提高效率和施工質(zhì)量。主要對(duì)應(yīng)用于光伏電站建設(shè)的自動(dòng)沉樁技術(shù)進(jìn)行研究，分析其技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，總結(jié)其適用范圍，并對(duì)比自動(dòng)沉樁技術(shù)與傳統(tǒng)沉樁方案，為提高光伏電站沉樁效率和質(zhì)量提供參考方案。

光伏電站；自動(dòng)沉樁；GPS定位

1 自動(dòng)沉樁技術(shù)調(diào)研概述

1.1 自動(dòng)沉樁技術(shù)的成熟應(yīng)用領(lǐng)域

根據(jù)調(diào)研的情況，自動(dòng)沉樁技術(shù)常用于水運(yùn)碼頭、跨江或跨海大橋等工程的沉樁施工，技術(shù)核心是GPS打樁定位系統(tǒng)的應(yīng)用，此類工程沉樁施工要求實(shí)時(shí)、快速和精確的跟蹤定位。GPS打樁定位系統(tǒng)具有全天候、高精度、自動(dòng)化的顯著優(yōu)點(diǎn)，能有效地進(jìn)行打樁船傾角檢測(cè)、鋼管樁傾角檢測(cè)、樁頂標(biāo)高檢測(cè)、錘擊數(shù)檢測(cè)和貫入度計(jì)算，以及鋼管樁中心位置修正等工作。

1.2 光伏行業(yè)傳統(tǒng)沉樁設(shè)備

目前，光伏電站采用的樁基礎(chǔ)有灌注樁、預(yù)制樁、型鋼樁、螺旋樁，每種樁型的沉樁施工有配套的沉樁機(jī)，但這些沉樁機(jī)均未集成自動(dòng)定位系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)。

2 光伏專用自動(dòng)沉樁機(jī)

根據(jù)調(diào)研的情況，光伏專用自動(dòng)沉樁機(jī)主要針對(duì)光伏支架鋼樁基礎(chǔ)的沉樁施工，有以下幾種。

2.1 美國(guó)天寶公司（Trimble）DPS900沉樁機(jī)

美國(guó)天寶公司（Trimble）DPS900沉樁過程控制系統(tǒng)沉樁控制解決方案如圖1所示。此系統(tǒng)結(jié)合沉樁施工的工藝流程，將GNSS定位技術(shù)、傳感器技術(shù)和軟件技術(shù)集成到沉樁機(jī)的控制系統(tǒng)中，組成自動(dòng)沉樁機(jī)，可在沉樁工程中實(shí)現(xiàn)對(duì)平面位置、樁頂標(biāo)高和傾角的精準(zhǔn)控制。

2.2 意大利orteco公司1000FEX系列自動(dòng)沉樁機(jī)

意大利orteco公司的1000FEX沉樁機(jī)是一款在阿爾特斯定位系統(tǒng)（APS-U-HDG）控制下實(shí)現(xiàn)無人駕駛的履帶式自動(dòng)沉樁機(jī)械，如圖2所示。它可以沿著輸入控制系統(tǒng)的工程地圖進(jìn)行沉樁，同時(shí)它可以達(dá)到厘米級(jí)水平的定位精度和小于0.3°的方向精度；它可以自動(dòng)移動(dòng)到每一個(gè)樁位，將樁打到要求的標(biāo)高，并且保證垂直度，然后再移動(dòng)到下一個(gè)樁位點(diǎn)進(jìn)行沉樁操作。

圖1 沉樁機(jī)工作示意圖

圖2 1000FEX自動(dòng)沉樁機(jī)

2.3 德國(guó)Schletter公司GAYK液壓自動(dòng)沉樁機(jī)

德國(guó)Schletter公司GAYK液壓自動(dòng)沉樁機(jī)可打入1.2～1.8 m深度，沉樁速度快至每根不到10 s時(shí)間。該沉樁機(jī)的打入力強(qiáng)，即使是混凝土地面，也能將鋼樁打入。該沉樁機(jī)具備GPS定位功能，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位樁點(diǎn)，進(jìn)行自動(dòng)化施工，如圖3所示。

圖3 GAYK液壓自動(dòng)沉樁機(jī)應(yīng)用情況

3 自動(dòng)沉樁優(yōu)劣勢(shì)分析

3.1 優(yōu)勢(shì)

自動(dòng)沉樁借助定位技術(shù)、樁頂標(biāo)高自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，樁點(diǎn)定位精度高，樁頂標(biāo)高誤差小，施工質(zhì)量有保證。同時(shí)，鋼樁施工完成后，即可安裝光伏支架，節(jié)約了灌注樁等混凝土結(jié)構(gòu)的凝固時(shí)間。

表1 所示為傳統(tǒng)施工與自動(dòng)沉樁施工對(duì)比情況。

從表1可以看出，自動(dòng)沉樁施工省去了放樣樁點(diǎn)、復(fù)測(cè)、檢查的環(huán)節(jié)，施工進(jìn)度加快，大幅度地節(jié)約了時(shí)間成本。以單樁形式的組件支撐系統(tǒng)為例計(jì)算，20 MW項(xiàng)目共需要1 800根樁，自動(dòng)沉樁施工速度比傳統(tǒng)施工方法節(jié)約（2＋2＋3）×1800＝12 600 min＝210 h。

3.2 劣勢(shì)

自動(dòng)沉樁技術(shù)有以下劣勢(shì)：①對(duì)地形起伏有一定的要求，適用于較為平整的地形。由于鋼樁長(zhǎng)度是統(tǒng)一的（樁長(zhǎng)6 m以內(nèi)），若地形起伏過大，則同組支架樁頂標(biāo)高無法保證，即組件傾角無法保證。因此，山地項(xiàng)目及機(jī)械無法運(yùn)輸?shù)竭_(dá)的項(xiàng)目不能使用。②不適用于地層淺處埋有巖石和巖層等情況。因?yàn)橛袔r石的情況，靜壓沉樁難度大，對(duì)鋼樁表面防腐層造成較大損壞，影響基礎(chǔ)耐久性。③同等設(shè)計(jì)條件下，鋼樁造價(jià)比混凝土基礎(chǔ)每根高8%以上。

4 總結(jié)

應(yīng)用于光伏行業(yè)的自動(dòng)沉樁技術(shù)，集中體現(xiàn)在自動(dòng)沉樁機(jī)械的應(yīng)用上，這類沉樁機(jī)特點(diǎn)如下：①自動(dòng)沉樁機(jī)采用履帶式行動(dòng)機(jī)構(gòu)，行動(dòng)靈活，能夠在碎石地、砂土地、荒草灘等各種地形上行動(dòng)自如。②自動(dòng)沉樁機(jī)使用的樁基礎(chǔ)類型主要是鋼樁，比如H型鋼、槽鋼、“幾”字型鋼。③自動(dòng)沉樁技術(shù)的自動(dòng)化集中體現(xiàn)在樁點(diǎn)定位系統(tǒng)的應(yīng)用和樁頂標(biāo)高檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用方面。定位系統(tǒng)采用GPS定位、架設(shè)基站傳輸位置信息或兩者結(jié)合的方式進(jìn)行，標(biāo)高檢測(cè)主要使用激光傳感器。④最特殊的特點(diǎn)是，有的自動(dòng)沉樁機(jī)夜間也可定位施工（比如上述提到的DPS900自動(dòng)沉樁機(jī)），適用于工期緊的項(xiàng)目。⑤沉樁效率為每臺(tái)機(jī)械每天250～300根樁，換算后為0.3～0.5 MW/d，操作人數(shù)為每個(gè)班每臺(tái)機(jī)械兩三人。

［1］黃劍波，榮國(guó)城.GPS打樁定位系統(tǒng)的安裝及應(yīng)用［J］.公路，2009，1（1）.

［2］姚連璧，謝義林，季惠麗.智能全站儀打樁定位模型及其實(shí)現(xiàn)［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，8（38）.

U445.55+1

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.20.072

2095－6835（2017）20－0072－02

〔編輯：劉曉芳〕