光伏電站光伏區在粉煤灰場地的應用

王學亮

（湛江南海西部石油勘察設計有限公司 廣東湛江 524000）

1 工程概況

新建30MW光伏電站采用光伏支架采用平單軸型式，根據最優發電量分析和日照分析，確定光伏板傾斜角度為19°。光伏區光伏支架結構采用冷彎薄壁型鋼，支架基礎采用預應力混凝土管樁（PHC），管樁直徑為300mm、因地形及場地防洪限制，管樁出露地面高度為不小于1m，管樁與管樁之間的間距為4.8m，每個光伏單元有5根管樁組成，光伏板與在管樁上固定的支架為采用雙立柱、前后支撐、主梁、橫梁的結構形式。

2 場地周邊情況分析

根據現場踏勘情況，該電站廠址主要為附近一火電廠的粉煤灰堆場，粉煤灰堆積時間最長可達30多年。場地植被較為稀疏；場地附近有個泄洪渠，泄洪渠連接幾公里外的水庫。

根據場地情況，本場地主要應該注意的三點情況：

（1）因場地附近有泄洪渠和水庫，首先場地標高的確定應考慮防洪水位的重要影響，需根據相關規范要求，由業主聯系當地水文局提供50年一遇設計（2%）洪水位。

（2）該場地主要為一火電廠粉煤灰的堆場，粉煤灰性質比較復雜，是否可直接作為電站光伏支架基礎的持力層，應充分論證。同時，該粉煤灰堆場場地起伏比較大，局部最大的高差達3m。

（3）擬建地區雨水充沛，應注意場地有組織排水問題，避免造成水土流失。

3 工程地質及土體力學性質

廠址位于火力發電廠附近的粉煤灰堆場，粉煤灰厚度從8～15m厚度不均。地勘報告給出粉煤灰物理力學性質如下：灰黑色、深灰色，松散，稍濕，主要成分為煤灰，表層0.3m夾少許植物根系，局部夾少量礫石，粒徑在5～50mm之間。粉煤灰在外荷載作用下具有一定的壓縮性，同比粘性土其壓縮變形要小的多。粉煤灰的毛細現象十分強烈，其毛細水的上升高度與壓實度有著密切關系，第一版的地勘報告提出的土體力學性質如表1所示。

表1 土體力學性質

4 設計過程及注意事項

4.1 防洪水位的確定

根據業主提供的的防洪水位所示：50年一遇設計洪水位為71.15m（黃海基面），計算至項目所在地洪水位為71.26m。

4.2 光伏支架基礎管樁頂標高的確定

根據場地地勘報告所示，粉煤灰層比較厚，承載力比較差。場地起伏比較大，部分場地位于防洪水位以下（最低處場地標高約69.3m）。結合本場地情況，確定本場地采用PHC管樁基礎，保證場地內管樁樁頂標高必須高于防洪水位標高，上部安裝光伏組件后，光伏組件最低點高出地面（應用于高于洪水位的場地部分）或防洪水位（應用于低于洪水位的場地部分）0.3m，同時考慮節約場地，將匯流箱抱箍于管樁基礎之上，尚需保證匯流箱底部必須高于防洪水位，綜合考慮各影響因素，確定將樁頂標高確定為71.6m，滿足光伏組件使用要求。

4.3 基礎設計分區

該粉煤灰堆場場地不平整，起伏比較大，局部最大的高差達3m。根據水文局提供的防洪水位，部分場地位于水位以上，部分場地位于防洪水位以下。同時場地陡坎無規律分布。因此考慮將設計進行分區進行考慮，全廠樁基共考慮分為5個區域：區域一，樁頂標高71.6m；區域二，樁頂標高74.3m；區域三，樁頂標高73m；區域四，樁頂標高73.3m；區域五，樁頂標高73.6m。

4.4 粉煤灰力學參數的確定（暨樁長的確定）

粉煤灰力學性質比較復雜，根據地勘資料中，地勘單位對土體（粉煤灰）力學性質的經驗值，天然基礎承載力特征值為25kPa，樁基的力學性質如表1所示。根據上部傳來荷載需求，樁基需要穿過粉煤灰層達到下部穩定的粉質黏土層，這樣造成樁基長度比較長，大部分樁長10m以上，部分樁長超過15m，對本項目的成本帶來巨大的壓力。因此需要對粉煤灰承載力進行綜合評價，以確定其真正承載能力。本項目采用了打樁前試樁的方式，根據場地樁基分區情況，每區抽出兩組，6根樁，一組進行常規樁基試驗，一組進行浸水樁基試驗，觀察兩種情況下粉煤灰土層的力學性質及變化情況。根據試驗結果顯示，豎向抗壓極限承載力均在90kN左右，大于設計要求的50kN；豎向抗拔極限承載力均在30kN左右，大于設計要求的20kN；單樁水平承載力均在20kN左右，大于設計要求的12kN。試樁結果滿足設計要求。根據試樁情況，業主、設計單位、施工、地勘單位聯絡溝通會對粉煤灰的力學性質情況進行溝通，地勘單位對粉煤灰力學參數進行修正，對地勘報告進行升版。根據最新版的地勘報告，設計單位利用粉煤灰層，確定樁長分別為7m、8m兩種形式，最終樁基施工完畢后，抽樁進行小應變和承載力試樁驗證，均滿足設計需要。最終核算，節約成本約162.3萬元。

5 總結

光伏電站設計應綜合考慮廠址周邊的水文及地質情況，光伏組件安裝高度應充分考慮洪水、積雪、積灰等影響。本文中的電站光伏區組件安裝高度受洪水位影響比較大，從而確定樁長。同時，對于粉煤灰場地性質比較復雜，考慮光伏支架荷載比較小，在論證充分的的情況下，可充分考慮對該層土體的利用，可以有效的控制成本。