山地高陡坡微型光伏基礎(chǔ)施工重難點(diǎn)分析與對(duì)策

石 營(yíng)，李香英

（中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

0 引言

太陽能發(fā)電作為清潔能源，近年來得到了國(guó)家的大力扶持，各地光伏電站項(xiàng)目也在如火如荼的建設(shè)中，光伏電站逐年增加，使得日照好、地勢(shì)平坦、建設(shè)條件好的優(yōu)質(zhì)土地資源日趨減少和稀缺，而農(nóng)牧業(yè)、湖泊、山地等建設(shè)條件次之的土地逐漸成為光伏電站的主要土地建設(shè)資源，尤其是山地光伏電站建設(shè)，近年逐步增加。分析和解決山地光伏基礎(chǔ)施工中建設(shè)地表起伏不平、朝向各異、局部伴有山溝，地形可使用面積不規(guī)則、分散等難題也尤為重要。

圖1 山地光伏隨坡就勢(shì)布置效果圖

1 工程背景

管家沖光伏電站項(xiàng)目位于云南省會(huì)澤縣樂業(yè)鎮(zhèn)村管家沖坡地、山梁之上。直流總安裝容量為123.6 MWp，交流總安裝容量103 MW，裝設(shè)228 904塊540 Wp 單晶雙面雙玻組件，光伏組件方陣支架安裝方式采用固定式安裝方式，固定陣列采用最佳傾角為28° 固定安裝在支架上，逆變器擬采用225 kW 組串式逆變器，共計(jì)458 臺(tái)。項(xiàng)目區(qū)域水平面總輻照量為1 655.9 kW·h/m2，光伏陣列面太陽輻射量為1 816 kW·h/m2。項(xiàng)目區(qū)域?qū)儆谔柲苜Y源“很豐富”區(qū)域，等級(jí)為B；水平面總輻射穩(wěn)定度（GHRS）為0.58，太陽能資源很穩(wěn)定，等級(jí)為A；太陽能資源直射比DHRR 為0.559，屬于“高”等級(jí)，具有較高的區(qū)域太陽能資源開發(fā)價(jià)值。因管家沖項(xiàng)目地塊較分散且部分地塊局部為陡坡，坡度約30°~45°，廠區(qū)基巖裸露條件較好，覆蓋層淺薄，基巖主要為強(qiáng)～弱風(fēng)化粉砂巖、泥巖、砂巖、巖屑砂巖，場(chǎng)地內(nèi)邊坡以巖質(zhì)邊坡為主，未發(fā)現(xiàn)有滑坡、崩塌及拉裂變形跡象，邊坡整體穩(wěn)定。

2 項(xiàng)目重難點(diǎn)分析

結(jié)合管家沖項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，光伏基礎(chǔ)施工中的重難點(diǎn)分析如下：

（1）場(chǎng)區(qū)分散，施工組織和管理難度大

本項(xiàng)目總裝機(jī)容量103 MW，涉及34 個(gè)地塊，每個(gè)地塊之間距離較遠(yuǎn)，且交通不方便，機(jī)械調(diào)配、物料分揀不便，增加了項(xiàng)目的統(tǒng)一指揮和管理難度。

（2)部分場(chǎng)區(qū)山體坡度大，機(jī)械化施工困難

管家沖項(xiàng)目地塊高陡坡較多，局部地塊坡度在30°以上，大大增加了施工的難度和危險(xiǎn)性。最大坡度達(dá)到45°，在不降坡的前題下機(jī)械根本無法到達(dá)工作面施工，嚴(yán)重制約了支架基礎(chǔ)的施工進(jìn)度。

（3）地層為巖層或密實(shí)的碎石土，支架基礎(chǔ)施工困難

項(xiàng)目除少部分為黏土土層外，其余地層為裸露的巖土或地表為薄層耕植土下層均為堅(jiān)實(shí)的風(fēng)華巖層或密實(shí)的碎石土，無論是人工開挖或是機(jī)械鉆孔，都有一定的困難，需要采用大功率的設(shè)備或改變成孔方式。

（4）交通不便，物料的運(yùn)輸和倒運(yùn)困難

在場(chǎng)區(qū)所有地塊中，均需通過鄉(xiāng)道和村道進(jìn)入到達(dá)地塊附件區(qū)域，上山道路多為機(jī)耕道或后期修筑的臨時(shí)道路，道路彎多路窄，無法通行大型的設(shè)備、物料運(yùn)輸車輛。且道路無法直接通往場(chǎng)區(qū)的所有地方，尤其是上坡和山頂。施工時(shí)，需要修筑大量的施工臨時(shí)道路，且存在大量的物料二次倒運(yùn)工程量。

（5）缺少施工臨水臨電

場(chǎng)區(qū)基本都位于荒山荒坡，附近大多沒有水源電源，施工臨水臨電解決困難，需要大量使用發(fā)電機(jī)。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地踏勘過程中，基本未見地表水，只能借助就近村莊的取水點(diǎn)取水運(yùn)至施工地點(diǎn)。

3 針對(duì)性的方法和措施

3.1 優(yōu)化使用單立柱基礎(chǔ)

根據(jù)項(xiàng)目所在的地理位置、地形以及工程地質(zhì)條件,項(xiàng)目推廣使用單立柱基礎(chǔ)。單立柱系統(tǒng)由單樁基礎(chǔ)和上部承插式支架下立柱組成，無須在混凝土基礎(chǔ)內(nèi)提前預(yù)埋埋件，施工簡(jiǎn)便（圖2）。與雙立柱系統(tǒng)相比，單立柱系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)明顯，主要表現(xiàn)在以下幾方面；

圖2 單立柱系統(tǒng)示意圖

（1）降低材料及運(yùn)輸成本

與傳統(tǒng)地面電站雙立柱系統(tǒng)相比，單立柱系統(tǒng)基礎(chǔ)在數(shù)量上大大減少。本項(xiàng)目地處山地，物料運(yùn)輸十分不便，采用單立柱系統(tǒng)可以減少基礎(chǔ)施工所需材料，如混凝土、鋼筋的用量，降低運(yùn)輸成本。

（2）節(jié)省場(chǎng)平費(fèi)用，降低土建成本

對(duì)于地勢(shì)起伏的山區(qū)，往往需要大面積場(chǎng)平以方便施工作業(yè)，這樣場(chǎng)平費(fèi)用占土建成本的比例就會(huì)提高，不利于成本控制。采用單立柱系統(tǒng)，可有效減少場(chǎng)平面積，降低土建成本。

（3）降低施工安裝成本，縮短工期

單立柱系統(tǒng)一個(gè)組串樁頂標(biāo)高和軸線更容易控制，一般只需保證陣列東西方向樁頂標(biāo)高是否在同一斜面即可，而雙立柱系統(tǒng)還要保證單陣列南北方向樁頂標(biāo)高的一致性，對(duì)于山地電站，這種要求實(shí)際操作起來較為困難。另外單立柱系統(tǒng)支架安裝簡(jiǎn)易，施工便捷，節(jié)省工時(shí)，能極大地提升安裝效率，降低安裝費(fèi)用。

（4）與當(dāng)?shù)丨h(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)

采用單立柱系統(tǒng)，可大面積減少土方開挖及對(duì)原地表植被造成的破壞，對(duì)高陡坡的地段采用人工挖孔配合巖石錨桿的形式，減少混凝土用量，減少電站使用壽命期結(jié)束后混凝土固體廢棄物的量，保護(hù)環(huán)境。

3.2 各種工藝靈活應(yīng)用

光伏支架基礎(chǔ)選型主要根據(jù)下列因素綜合確定：①支架結(jié)構(gòu)形式和所承受荷載的特征；②土地性狀及地下水條件；③施工工藝的可行性；④施工場(chǎng)地條件及施工季節(jié)；⑤經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、環(huán)保性能和施工工期。本項(xiàng)目場(chǎng)區(qū)分布范圍廣，地形各異，地層條件復(fù)雜多變，采用單一支架基礎(chǔ)的方案對(duì)施工限制較多，本項(xiàng)目結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，靈活采取3 種支架基礎(chǔ)方案，具體如下 ：

3.2.1 微型鉆孔灌注樁

這種基礎(chǔ)形式適用于相對(duì)比較平坦土塊中，采用機(jī)械成孔設(shè)備，如潛孔鉆成孔，放入鋼筋作為加筋體，然后灌注混凝土成樁。該種工藝成熟可靠，并被列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 51101-2016《太陽能發(fā)電站支架基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》中。對(duì)于平均坡度在30°以內(nèi)的，基本可采用履帶式鉆機(jī)成孔，對(duì)于坡度稍大的，鉆機(jī)需在牽引繩的牽引下確保安全的前提下施工。對(duì)于坡度更大的，或是采用其它基礎(chǔ)形式。

3.2.2 地表巖石錨桿樁

巖石錨桿基礎(chǔ)是直接建在基巖上的樁基，以承受拉力或水平剪力為主。地下為穩(wěn)定的巖石地質(zhì)條件，錨桿基礎(chǔ)應(yīng)與基巖連成整體，地下巖石部分可采用手持式設(shè)備成孔，成孔后插入錨桿灌入強(qiáng)度不小于30 MPa 的水泥砂漿，地上部分樁頭為鋼筋混凝土灌注形式，四根主筋直徑為18 mm 的鋼筋錨入巖石不小于40 cm,以增加接觸面樁體的抗剪強(qiáng)度，此種樁體一般集中在高陡坡地段。

3.2.3 土層覆蓋巖石錨桿樁

這種基礎(chǔ)形式的樁與地表巖石錨桿樁一樣，主要在坡度30°以上的地段中采用，唯一與地表巖石錨桿樁不同的是，該種樁所在樁位表面有一定厚度的覆土，需要人工挖孔至巖石層后再進(jìn)行錨桿施工，經(jīng)設(shè)計(jì)受力驗(yàn)算，如覆土層厚度小于50 cm,則同樣需要在巖層面中植筋；如覆土層厚度大于50 cm，直接放入鋼筋籠即可。此種施工工藝效率不高，主要以保護(hù)環(huán)境和水土為前題，在高陡坡施工中不開臺(tái)階采用的方法。

表1 3 種樁基礎(chǔ)尺寸允許偏差

3.3 制作工裝解決物料的二次倒運(yùn)難度

根據(jù)場(chǎng)區(qū)的自然條件，山地光伏電站中物料運(yùn)輸?shù)拇_是影響工期的重要因素。在山地項(xiàng)目中，會(huì)有部分區(qū)域由于山體形狀，地勢(shì)特點(diǎn)等原因，車輛無法將物料運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢茫枰M(jìn)行二次倒運(yùn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，站址區(qū)內(nèi)道路無法通往場(chǎng)區(qū)的所有地方，尤其是上坡和山頂，施工時(shí)存在大量的物料二次倒運(yùn)工程量。

為了解決山腳至山頂或山頂至山腳的物料運(yùn)輸問題,項(xiàng)目部自主研發(fā)出一些簡(jiǎn)易工裝，以方便陡坡段的材料運(yùn)輸，如利用滑軌技術(shù)，滑軌技術(shù)使用的是兩根鋼制軌道（也可以是鋼管），上部使用帶有特制輪子的運(yùn)輸車，由頂部卷揚(yáng)機(jī)使用鋼索進(jìn)行牽引運(yùn)動(dòng)，可以將物料運(yùn)輸至軌道上的指定位置，方便施工現(xiàn)場(chǎng)物料運(yùn)輸。

圖3 物料運(yùn)輸裝置示意圖

3.4 手持式設(shè)備的應(yīng)用

對(duì)于坡度大,機(jī)械設(shè)備無法到達(dá)的區(qū)域,在本項(xiàng)目部主要應(yīng)用手持式鉆孔設(shè)備，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作人員少，移動(dòng)方便。手持式鉆孔機(jī)應(yīng)用范圍廣泛，在光伏電站中基礎(chǔ)的鉆孔，打孔、打樁較為適用。

因?yàn)楸卷?xiàng)目臨電使用不便，主要采用風(fēng)動(dòng)式手持式鉆孔設(shè)備，其具有以下特點(diǎn):

（1）操作方便，陡坡施工中更加省時(shí)、省力。

（2）在巖石上鉆孔，垂直向最深鉆孔可達(dá)3 m，且成孔效果較好。

（3）主機(jī)重量輕，一人即可作業(yè)，攜帶方便，適用于高邊坡、流動(dòng)性較大的臨時(shí)性工程。

（4）無論在高山、平地，不受地理位置限制。

4 結(jié)語

山地光伏施工中的確存在很大的施工難度，尤其是對(duì)于光伏電站的土建施工，由于電站受到地形、地勢(shì)、交通、地質(zhì)、資源等限制，比一般的土建工程施工會(huì)遇到更多的實(shí)際問題。但通過在設(shè)計(jì)和施工過程中不斷的優(yōu)化方案，對(duì)施工中可能出現(xiàn)的技術(shù)難題和問題進(jìn)行探討，在項(xiàng)目前期階段就應(yīng)提出針對(duì)性的策略來預(yù)防和減少實(shí)施難度；同時(shí)在施工過程中應(yīng)加強(qiáng)溝通交流，有效解決施工中出現(xiàn)的難題，避免在后期大量問題出現(xiàn)，確保山地光伏項(xiàng)目如期建成。