光伏電站組件支架沙地混凝土灌注樁基礎施工技術研究與應用

楊衛

中國水電建設集團十五工程局有限公司 陜西 咸陽 712000

隨著光伏發電產業的快速發展，特別是青海、甘肅、新疆、西藏等日照資源豐富的西北地區，光伏電站的發展已經形成了相當成熟的產業鏈條。如青海省近幾年已建成及未來幾年計劃新建的光伏電站年發電規模總量保持在1000MWp以上。如何適應光伏產業的快速發展，如何高效率、高質量的完成光伏電站土建施工部分，這就需要我們不斷的摸索、創新，尋求新技術、研究新工藝、制定新流程、配備新裝備、應用新材料，以滿足光伏產業的快速發展。為此，我們依托國電投格爾木光伏電站Ⅳ標A包土建工程，成立了該項目施工的科研課題小組，進行了大量的摸索、創新。針對本工程在荒漠沙地區域，工期緊，施工強度高，測量任務重，造孔難度大，灌注樁澆筑和螺栓預埋安裝質量難以保證等的施工特點，經過研究和現場試驗總結提出了灌注樁澆筑采用測量定位--造孔--放置套管--下放鋼筋籠--澆筑混凝土-- 安裝預埋件-- 養護施工工藝，并在灌注樁施工過程中提出4個創新點。全面掌握了荒漠沙地條件下組件支架基礎混凝土灌注樁的施工流程和施工方法，使格爾木光伏電站的各主要節點目標得以按期實現，組件支架基礎混凝土灌注樁施工質量完全滿足設計要求，整體施工質量良好。

1 工程概況

青海格爾木光伏電站工程場址區位于格爾木市以東30km處荒漠沙地上，占地面積約為2.5km2。海拔高程在2800m-2900m之間。總裝機容量為200MWp，工程的主要任務是發電。場址區場地開闊、地勢平坦。交通便利，運輸方便。

格爾木光伏電站Ⅳ標A包電池陣列由24個1MWp子方陣組成，組件支架混凝土灌注樁基礎共計42144個，灌注單樁總長度1.6m，樁身入土深度1.2m-1.4m，外露不小于0.2m-0.4m，樁徑0.25m。

2 成果的主要用途及研究的內容

2.1 成果的主要用途

由于格爾木光伏電站Ⅳ標A包地處荒漠沙地區域，工期緊，施工強度高，測量任務重，造孔難度大，灌注樁澆筑和螺栓預埋安裝質量難以保證，采用該成果不受施工現場特殊條件的限制，施工設備簡單，操作方便，成本低，生產效率高，對周邊環境破壞小。有效地解決了沙地光伏電站組件支架基礎灌注樁在施工中的測量任務重、造孔難度大、澆筑和螺栓預埋質量保證難等一系列根本問題。

2.2 研究的內容

2.2.1 測量放樣

由于光伏電站建設周期短，施工強度大，子陣樁基礎較多，采用傳統的測量方法效率較低，在測量過程中無法與支架基礎灌注樁混凝土澆筑的進度銜接起來。經該項目施工科研組研究采用了網格法進行整體控制測量，人工掛鉛絲加密樁位的方法進行測量放線，保證了施工工期。具體施工方法如下：

1）在測量放線前，認真分析設計圖紙（以藍圖為準），對圖紙上標注的坐標和距離進行核算。

2）根據圖紙提供的設計坐標計算每個組串支架基礎的放樣坐標。以子方陣左下角為起算坐標，根據電池組件支架基礎詳圖知樁基中心距投影邊線距離，計算出左下角樁基中心平面坐標。樁基之間軸線距離已知。推算出其它樁基中心平面坐標。同一子陣內其它三個角點坐標作為檢核坐標，檢查坐標計算是否正確。

3）利用網格定位采用徠卡全站儀TCR402進行測量控制，點位中誤差控制在+5mm以內。并將其點位向兩側引出50cm，砸好引樁。

4）控制網格建立以后，用2cm長釘子砸入樁頂放樣點上。同一水平面上，掛鉛絲控制每個組件支架基礎的縱橫軸線。50m長鋼尺沿鉛絲按圖紙尺寸量平距砸樁。

5）樁位加密完后，同一水平面上，鋼尺量距檢核軸線距離。量取對角線長度，與設計尺寸比較，進行精度確認。

2.2.2 造孔

對于光伏電站組件支架基礎混凝土灌注樁施工，不可避免的要遇到造孔問題。但在荒漠沙荒地上造孔，沙層較厚不密實，大型設備無法行走而且造孔定位難度很大。為了滿足光伏電站支架基礎灌注樁造孔達到設計要求，本工程灌注樁造孔采用汽油螺旋機進行鉆孔。為了保證已造成的孔不再坍塌，造孔完成后立即下放比孔徑小2cm套管，套管比孔深長20cm。具體施工方法如下：

1）由于荒漠沙荒地為鹽堿地，造孔前1小時對孔周圍進行浸水濕潤，使得砂土固結，避免造孔出現塌孔，提高造孔效率。

2）根據測量放樣出的孔位中心，將汽油螺旋鉆的鉆頭對準孔心，用垂球或水平尺分別從不同的角度控制鉆孔垂直度，進行造孔。造孔完成后及時檢測垂直度和深度，發現問題及時處理，使其符合設要求。造孔時采用自行研制的手搖鉆機、洛陽鏟均為一人操作，造一個孔平均用時15-20min,采用經改進后的手扶式汽油機螺旋鉆機造孔，雖需兩人密切配合操作，但造孔速度快，造一個孔平均用時只2-3min 。采用汽油螺旋鉆機造孔時要及時清理孔周圍的砂土，以免孔周圍砂土調入孔內，造成孔的深度達不到設計要求。經過觀察對比，為了提高功效，我們最終選擇采用手扶式汽油螺旋鉆機進行造孔，高峰期利用10臺手扶式汽油螺旋鉆機造孔，每日完成造孔2000根（3200m）以上。

3）每一樁孔完成后，對孔底灑水濕重并采用手提錘子對孔底進行夯實，同時下放套管并對該孔進行防護，避免風沙飛揚影響孔深，造成再次清孔。

4）機械成孔要求在孔深滿足要求的條件下，在利用測繩或鋼尺檢驗組串間排距的同時，必須增加對角線檢驗方式，保證樁孔中心偏差不得超過10mm。

2.2.3 鋼筋制作安裝

為了能夠滿足組件支架基礎灌注樁鋼筋加工進度要求，保證質量。組件支架基礎灌注樁鋼筋籠在綜合鋼筋廠進行制作。鋼筋材料的采購、運輸、驗收和保管都要經過嚴格把控，對鋼筋進行進廠材質檢驗和驗點入庫，每批鋼筋均要附有產品質量證明書及出廠檢驗單，在使用前，分批進行鋼筋機械性能試驗。鋼筋籠采用人工制作，制作時嚴格按照設計圖紙進行，鋼筋的直徑、長度、數量等要符合規范要求。

制作成的鋼筋籠經過驗收合格后采用工程車拉運至施工現場，安裝時如發現鋼筋籠變形，應當及時拆除進行處理并采用加固措施，為了確保保護層厚度，需在骨架筋外側主筋上焊接定位鋼筋環，安裝時為了保證鋼筋籠的垂直度，鋼筋籠要對準孔的中心放入孔內并加固牢靠。如澆筑混凝土過程中發現鋼筋籠安裝位置有偏移現象，人工及時進行調整。

2.2.4 灌注樁混凝土澆筑

組件支架基礎混凝土灌注樁在澆筑時，為了保證已造成的孔不再坍塌，澆筑灌注樁混凝土時不帶入沙土造成斷樁，經該項目施工科研組研究后采用了提升套管法澆筑方案，即灌注樁在造孔完成后需立即下放套管，澆筑混凝土時緩慢提升套管（詳見圖1），確保灌注樁混凝土始終在套管里連續進行澆筑，防止孔周圍砂土流入，影響混凝土灌注樁的施工質量。具體施工方法如下：

圖1 提升套管法澆筑混凝土灌注樁

1）混凝土采用JS500拌合機集中拌制，混凝土拌制前必須對進場的水泥、粗細骨料和水質進行檢測，杜絕不合格材料進行施工現場。拌制時嚴格按照試驗室已批復的施工配合比進行，重點控制好混凝土中四種材料用量之間三個對比關系（水灰比、砂率和骨漿比）。拌制時間一般控制在3-5min，保證混凝土質量保證符合各項技術指標。

2）混凝土采用工程車或小型裝載機拉運到施工現場，卸料到設置在施工作業面的鋼板槽內，人工進行入倉。

3）組件支架灌注樁基礎的混凝土采用提升套管法澆筑方法。地面外漏部分的樁柱（20-40cm）采用直徑為25cm的PVC管做為模板繼續進行澆筑。混凝土澆筑時每層鋪料厚度控制在20-30cm以內；振搗采用φ30軟軸插入式振搗器振搗，振搗時要求插入下層混凝土深度不小于5cm，振搗時間控制在15s-20s，振搗按要求快插慢拔。不允許有漏振和過振現象出現，以免降低混凝土強度，影響混凝土質量。

2.2.5 埋件安裝

根據設計要求每個樁柱頂部預埋兩個直徑為12mm螺栓以便和支架進行連接，螺栓埋設精度高程偏差不大于5mm，水平偏差不大于5mm。組件支架基礎頂部螺栓預埋時最初采用傳統的測量放樁，人工掛線控制軸線和高程預埋方式。經過質量檢測發現有小部分電池組串支架單元的螺栓高程和軸線偏差大于設計偏差值，超出螺栓設計埋設精度。加上傳統的施工方法效率較低，在施工過程中無法與支架基礎及組件安裝的進度銜接起來，嚴重影響光伏電站整個工程的總體進度。經過該項目施工科研組認真調查分析后認為造成組件支架基礎螺栓埋設精度偏差過大的原因除了作業人員的責任心差外主要是施工方法不當。沒有控制埋設螺栓高程和軸線的有效控制措施。隨后采用模具結合測量放樣，人工掛線的方法控制螺栓埋設精度，保證了施工質量和施工工期[1]。具體施工方法如下：

（1）預埋螺栓施工模具的使用

預埋螺栓施工模具在使用前，首先在模具和組串支架基礎灌注樁上標出控制的縱橫軸線，然后將預埋螺栓外漏部分帶上螺母固定在模具上。組件支架基礎混凝土澆筑過程中將預埋螺栓施工模具和固定好的螺栓沿標注后的支架基礎灌裝樁的縱橫軸線進行放置，使模具的縱橫軸線和單個組串縱橫軸線重合，高程采用水準儀進行測量，掛線控制高程。螺栓預埋完成后，退出預埋螺栓施工模具上的螺母，卸下模具。待每個組串基礎混凝土樁柱頂部收面后，在混凝土初凝前再將模具套在組串支架基礎的預埋螺栓上進行校核。

（2）預埋螺栓精度的調整

組件支架基礎預埋螺栓安裝完畢后，在混凝土初凝前安排質量人員逐個進行檢查，發現預埋螺栓軸線和高程不符合設計要求的及時采用預埋螺栓施工模具再次進行校核調整，同時做好預埋螺栓的保護工作，防止螺栓絲口損壞。

2.2.6 灌注樁的養護

組件支架灌注樁混凝土澆筑完畢后，及時進行灑水養護，采用塑料薄膜覆蓋，避免太陽光暴嗮，使混凝土表面經常保持濕潤，養護時間不得少于14天。

3 關鍵技術和創新點

1）本工程測量放樣采用了網格法進行整體控制測量，人工掛鉛絲加密樁位的方法進行測量放線，加快了測量放樣速度，即保證了精度，又降低了成本。還滿足了組件支架基礎灌注樁混凝土澆筑施工進度。

2）本工程灌注樁造孔采用手扶式汽油螺旋機，造孔原理將被切削下的土料采用螺旋鉆機的葉片逐漸輸送到地面，一次成孔。為了保證已造成的孔不再坍塌或地面浮沙進入，造孔完成后立即下放套管，套管比孔深長20cm。該成果設備簡單，操作方便，制作成本低、維修方便、生產效率高。對周邊環境破壞小。有效地解決了沙地成孔難、效率低、質量難以保證的根本問題。

3）本工程組件支架基礎混凝土灌注樁在澆筑時，為了保證已造成的孔不再坍塌，混凝土灌注樁的澆筑采用提升套管法澆筑工藝，即邊澆筑混凝土邊提升套管。澆筑到地面后，外露部分（20~40cm）采用直徑為25cm的PVC管做為模板繼續進行澆筑，成型后的樁柱外觀質量滿足規范要求。

4）本工程在組件支架基礎螺栓預埋安裝工程中采用了預埋螺栓模具的輔助施工，在保證組件支架基礎螺栓埋設精度的前提下保證了預埋螺栓的施工質量，加快施工進度。

4 成果研究及經驗總結

青海格爾木光伏電站場址位于荒漠沙地區域，為了能夠在保證質量和安全的前提下提前完成了組件支架基礎混凝土灌注樁的施工任務，專門成立了該項目施工的科研課題組，針對荒漠沙地光伏電站組件支架基礎混凝土灌注樁澆筑，經過研究和現場試驗全面掌握了荒漠沙地條件下組件支架基礎混凝土灌注樁的施工工藝，經過課題組的研究，灌注樁澆筑采用了測量定位--造孔--放置套管 --下放鋼筋籠--澆筑混凝土--安裝預埋件--養護施工工藝，并在灌裝樁施工過程中提出4個創新點。使格爾木光伏電站的各主要節點目標得以按期實現，組件支架基礎混凝土灌注樁施工質量完全滿足設計要求，整體施工質量良好。

該研究成果是對地處荒漠沙地區域光伏電站組件支架基礎混凝土灌注樁的施工技術進行了全面分析和總結，提出如下結論，以供類似特殊氣候條件下光伏電站組件支架基礎灌注樁的設計、施工、研究借鑒。

1）光伏電站組件支架基礎工程數量大，施工強度高，工期短，采用了網格法進行整體控制測量，人工掛鉛絲加密樁位的方法進行測量放線，能夠加快測量放樣速度，保證精度，降低了成本。滿足組件支架基礎灌注樁混凝土澆筑施工進度。

2）光伏電站的組件支架基礎需在荒漠沙地上造孔，沙層較厚且不密實，大型設備無法行走而且造孔定位難度很大。為了保證施工進度和施工質量，同時又能降低成本。采用汽油式螺旋鉆機造孔。在造孔期間為了保證已造成的孔不再坍塌或地面浮沙進入，造孔完成后立即下放套管，套管比孔深長20cm。

3）在荒漠沙地上澆筑光伏電站支架基礎灌注樁混凝土，為了保證已造成的孔不再坍塌，澆筑灌注樁混凝土時不帶入沙土造成斷樁，采用提升套管法澆筑方法，即灌注樁混凝土澆筑隨著高度的增加緩慢提升套管，確保灌注樁混凝土始終在套管里連續進行澆筑，保證了灌注樁的施工質量。

4）組件支架基礎螺栓預埋安裝工程中采用預埋螺栓模具的輔助施工，在保證組件支架基礎螺栓埋設精度的前提下保證預埋螺栓的施工質量，加快施工進度。