CN104420477A - 适用于滩涂光伏电站的光伏支架基础结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于滩涂光伏电站的光伏支架基础结构及施工方法，其包含设于地面的基础，光伏支架设置于该基础上，该光伏支架包含前立柱和后立柱，前后立柱分别设于不同的基础之上，其特征在于，该基础顶部预埋有连接件，光伏支架通过该连接件与基础连接；该基础截面为边长0.2-0.4m的矩形或者直径为0.2-0.4m的圆形；该基础的长度为2-5m。本发明受力合理可靠、传力途径明确、混凝土用量小、无需土方开挖量、无需施工降水、费用低、耗费人工较少、施工速度快、耐久性强等，特别适合于地基承载力较弱、土方开挖困难、地下水位浅、腐蚀性较强的滩涂场地。

Description

适用于滩涂光伏电站的光伏支架基础结构及施工方法

技术领域

本发明涉及一种适用于太阳能地面光伏电站中光伏组件固定式支架的简易条形基础。

背景技术

在光伏发电站中，用来实现光电转换的组件叫光伏组件，光伏支架是用来支撑光伏组件的钢（或铝合金）支架，光伏支架下设光伏支架基础以满足承载能力和正常使用要求。光伏支架一般露天布置在面积广阔的空旷场地上，也有光伏支架布置在屋顶、灰场、大棚上，但是滩涂光伏发电站尚属凤毛麟角。迄今，较为常用的光伏支架基础包括钢筋混凝土独立基础、螺旋钢桩基础等，但由于滩涂场地的特殊性，这些常用的光伏支架基础并非适用。

如图1a、b所示，钢筋混凝土独立基础是最早采用的传统光伏支架基础形式之一，也是适用范围较广的一种基础形式，它是在光伏支架前后立柱下分别设置钢筋混凝土独立基础，由基础底板和底板之上的基础短柱组成，短柱顶部设置预埋钢板（或预埋螺栓）与上部光伏支架连接，需要一定的埋深（1m左右）和一定的基础底面积，基础底板上覆土，用基础自重和基础上的覆土重量共同抵抗环境荷载导致的上拔力，用较大的基础底面积来分散光伏支架向下的垂直荷载，用基础底面与土体之间的摩擦力抵抗水平荷载。它的优点是传力途径明确，受力可靠，适用范围广，施工无需专门施工机械。这种基础形式抵抗水平荷载的能力较强。

但钢筋混凝土独立基础的缺陷十分明显：所需混凝土及钢筋工程量大，所需人工多，土方开挖及回填的量都很大，施工周期长。滩涂场地土多处于软塑或者可塑状态，地下水位较浅，土方开挖难度颇大，需要在整个施工过程中连续不断地降水，费时、费力、费钱。滩涂具有明显的涨潮、退潮周期，涨潮期间一般无法施工，需等退潮之后才能正常施工，由于钢筋混凝土独立基础施工周期过长，不利于保证施工连续性与施工质量。

如图2a、b所示，螺旋钢桩基础是近年来日益广泛使用的光伏支架基础形式，它是在光伏支架前、后立柱下均采用带有螺旋状叶片的热浸镀锌钢管桩，螺旋叶片可大可小、可连续可间断，螺旋叶片与钢管桩之间采用连续焊接。施工过程中，可用专业机械将其旋入土层中。螺旋钢桩基础上部露出地面，与上部支架立柱之间通过螺栓连接。其受力机理与日常生活中常见的螺丝钉相似，用配套机械将其旋入土体中，通过钢管桩桩侧与土体之间的侧摩阻力，尤其是螺旋叶片与土体之间的咬合力抵抗上拔力及承受垂直荷载，利用桩体、螺旋叶片与土体之间的桩土相互作用抵抗水平荷载。螺旋钢桩基础的优点突出：施工速度快，无需场地平整，无土方开挖量，方便调节上部支架，可随地势调节支架高度。对环境影响较小，所需人工少，今后进行回收时，螺旋钢桩仍可视情况得到二次利用。

螺旋钢桩基础的主要缺陷是：工程造价相对较高，且需要专门的施工机械，最重要的是基础水平承载能力与土层的密实度休戚相关，螺旋钢桩基础要求土层具有一定的密实性，特别是接近地表的浅层土不能够太松散或太软弱。事实上，滩涂场地多为松散土或者软弱土，不能提供足够的桩土相互作用，在水平荷载作用下螺旋钢桩的水平位移将持续增大，容易导致光伏支架侧向倾斜。此外，螺旋钢桩耐腐蚀性能较差，尽管可以在螺旋钢桩表面进行热浸镀锌防腐，但仍然难以适应滩涂强腐蚀性环境。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新颖的光伏支架基础形式，能够适用于地基承载力较弱、土方开挖困难、地下水位浅、腐蚀性较强的滩涂场地，替代在这类场地中具有安全隐患、耐腐蚀性能差的螺旋钢桩基础，以及土方开挖难度颇大、需要持续不断降水的钢筋混凝土独立基础。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。一种适用于滩涂光伏电站的光伏支架基础结构，其包含设于地面的基础，光伏支架设置于该基础上，该光伏支架包含前立柱和后立柱，前后立柱分别设于不同的基础之上，该基础顶部预埋有连接件，光伏支架通过该连接件与基础连接；该基础截面为边长0.2-0.4m的矩形或者直径为0.2-0.4m的圆形；该基础的长度为2-5m。

连接件为预埋钢板或预埋螺栓，分别与光伏支架的前立柱或后立柱相连接。

该基础外表面设有保护层。

一种适用于滩涂光伏电站的光伏支架基础结构的施工方法，该基础结构含设于地面的基础，光伏支架设置于该基础上，该光伏支架包含前立柱和后立柱，前后立柱分别设于不同的基础之上，其特征在于，该基础顶部预埋有连接件，光伏支架通过该连接件与基础连接；该基础截面为边长0.2-0.4m的矩形或者直径为0.2-0.4m的圆形；该基础的长度为2-5m；

上述基础为预制钢筋混凝土桩柱，并直接利用机械沉桩，沉桩完毕后，将光伏支架与基础连接。

该沉桩方法采用静压沉桩、振动沉桩或锤击沉桩。

本发明的有益效果是：提出了一种新型的光伏支架混凝土桩柱基础——预制钢筋混凝土桩柱基础，摈弃了钢筋混凝土独立基础土方开挖量大、需要施工降水的劣势，消除了螺旋钢桩基础截面尺寸较小、防腐蚀性能较差的弊端，能够较好的适用于地基承载力较弱、土方开挖困难、地下水位浅、腐蚀性较强的滩涂场地，能够在滩涂光伏发电站的建设中节省投资、增大安全性及增强耐久性。

其优点还有：受力合理可靠、传力途径明确、混凝土用量小、无需土方开挖量、无需施工降水、费用低、耗费人工较少、施工速度快、耐久性强等，特别适合于地基承载力较弱、土方开挖困难、地下水位浅、腐蚀性较强的滩涂场地。

附图说明

图1a为现有的一种光伏支架基础布置示意图。

图1b为图1a中A-A面剖面示意图。

图2a为现有的另一种光伏支架基础布置示意图。

图2b为图2a中A-A面剖面示意图。

图3a为本发明的布置示意图。

图3b为图3a中A-A面剖面示意图。

具体实施方式

如图3a、b所示，本发明一种适用于滩涂光伏电站的光伏支架基础结构，其包含设于地面的基础1，光伏支架2设置于该基础1上，该光伏支架2包含前立柱21和后立柱22，前后立柱分别设于不同的基础之上，该基础1顶部预埋有连接件3，光伏支架2通过该连接件3与基础1连接；该基础1截面为边长0.2-0.4m的矩形或者直径为0.2-0.4m的圆形；该基础1的长度为2-5m。

连接件3可以为预埋钢板或预埋螺栓（图中为U型螺栓），分别与光伏支架的前立柱或后立柱相连接，该基础外表面可以设有保护层。该保护层可以是环氧沥青或聚氨酯沥青涂层，并且，还可以采用提高混凝土强度、增加保护层厚度、添加复合型防锈阻锈剂等方式来保证防腐性及耐久性。

上述基础为预制的钢筋混凝土桩柱，施工时，直接利用机械沉桩，沉桩完毕后，将光伏支架与基础连接。，该沉桩方法一般可以采用静压沉桩、振动沉桩或锤击沉桩。

对于滩涂场地，在施工时，还有以下问题需要注意。

关键点1：桩型选择。对于滩涂场地而言，为避免土方开挖、施工降水等施工技术难题，应采用可以直接机械沉桩的钢筋混凝土预制桩，而非现浇钢筋混凝土桩。在诸多钢筋混凝土预制桩中，宜采用混凝土预制实心桩，而非预应力混凝土管桩，因为后者的耐腐性能较差。若采用预应力混凝土管桩，则需要增加管桩壁厚。此外，预制桩具有施工简便，速度快，所需人工少，经济性较好等优点。

关键点2：改进承载能力。对于滩涂场地而言，地基承载力通常较弱。相对螺旋钢桩基础而言，可以拥有较大的截面尺寸，大幅度增加了桩基础的侧阻力与端阻力，有效改进了基础承载能力与抗沉降能力。

关键点3：多重防腐措施。滩涂环境一般腐蚀性较强，采取提高混凝土强度等级（C40以上）、增加保护层厚度（不小于40mm）、添加复合型防腐阻锈剂（要求对氯离子、硫酸根离子等腐蚀性介质均防腐效果）、桩柱表面涂环氧沥青（或聚氨酯沥青）涂层（厚度不小于500um）等多重防腐措施，以提高结构防腐蚀性能与耐久性。

关键点4：沉桩方式。常见的沉桩方式有静压沉桩、振动沉桩、锤击沉桩三种。由于预制桩为与光伏支架连接需要在桩顶预埋钢板（或者预埋螺栓），采用锤击沉桩方式容易损坏桩顶预埋钢板（或者预埋螺栓），并且难以保证施工精度，故不建议使用。静压沉桩是一种较为理想的沉桩方式，鉴于滩涂场地地基承载力较弱，有些场地甚至表面有较厚的淤泥层，自重较大的静压沉桩机械可能无法入场，此时可考虑采用振动沉桩。

关键点5：桩柱基础与光伏支架连接。桩柱基础与光伏支架连接一般有焊接与螺栓连接两种。对于焊接，需要在桩顶预埋钢板；对于螺栓连接，则需要在桩顶预埋螺栓。焊接连接比较容易控制精度及准确安装，但由于自身存在裂纹、气孔、烧穿和未焊透等缺陷，容易在缺陷处形成应力集中，在腐蚀环境下的抗疲劳性能较差。螺栓连接在腐蚀环境下的抗疲劳性能较好，但囿于自身结构特征，其精度不容易控制，上部支架安装难度较大。桩顶在预埋螺栓之后，就不能再采用锤击沉桩方式，而应采用静压沉桩或者振动沉桩方式。

本发明的新颖之处在于：为适应滩涂场地特点，摈弃钢筋混凝土独立基础土方开挖量大、需要施工降水的劣势，消除螺旋钢桩基础截面尺寸较小、防腐蚀性能较差的弊端，提出了一种新型的光伏支架基础形式：预制钢筋混凝土桩柱基础。该基础形式可以直接机械沉桩，无需土方开挖及施工降水，可以采用较大的截面尺寸，并可以灵活设置桩长，有效改进了基础承载能力与抗沉降能力；同时配套多重防腐措施，提高了基础的防腐蚀性能和耐久性。这种新型基础在原有光伏支架基础的前提下改进了受力机制，避免了施工技术难题，完善了防腐措施，降低了混凝土用量，具有很好的安全性、耐久性与经济性。显然，这种适用于滩涂场地的预制钢筋混凝土桩柱基础具有新颖性、创造性和实用性。

Claims (5)

1.一种适用于滩涂光伏电站的光伏支架基础结构，其包含设于地面的基础，光伏支架设置于该基础上，该光伏支架包含前立柱和后立柱，前后立柱分别设于不同的基础之上，其特征在于，该基础顶部预埋有连接件，光伏支架通过该连接件与基础连接；该基础截面为边长0.2-0.4m的矩形或者直径为0.2-0.4m的圆形；该基础的长度为2-5m。

2.如权利要求1所述的适用于滩涂光伏电站的光伏支架基础结构，其特征在于，连接件为预埋钢板或预埋螺栓，分别与光伏支架的前立柱或后立柱相连接。

3.如权利要求1所述的适用于滩涂光伏电站的光伏支架基础结构，其特征在于，该基础外表面设有保护层。

4.一种适用于滩涂光伏电站的光伏支架基础结构的施工方法，其特征在于，该基础结构含设于地面的基础，光伏支架设置于该基础上，该光伏支架包含前立柱和后立柱，前后立柱分别设于不同的基础之上，其特征在于，该基础顶部预埋有连接件，光伏支架通过该连接件与基础连接；该基础截面为边长0.2-0.4m的矩形或者直径为0.2-0.4m的圆形；该基础的长度为2-5m；

上述基础为预制钢筋混凝土桩柱，并直接利用机械沉桩，沉桩完毕后，将光伏支架与基础连接。

5.如权利要求4所述的适用于滩涂光伏电站的光伏支架基础结构的施工方法，其特征在于，该沉桩方法采用静压沉桩、振动沉桩或锤击沉桩。