浅谈喀斯特地形地貌下光伏电站桩基础钻孔施工方案优化调整.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 02 日 作者简介：赵兴有（1974），男，汉族，云南昆明人，工程硕士，高级工程师，中电建新能源集团股份有限公司云南分公司，新能源项目开发与建设。-60-浅谈喀斯特地形地貌下光伏电站桩基础钻孔施工方案优化调整 赵兴有 中电建新能源集团股份有限公司云南分公司，云南 昆明 650051 摘要：摘要：近年地面集中式光伏电站大规模爆发，但可开发地类资源越来越稀缺，地形地貌也越来越差，如遇喀斯特地貌下光伏组件桩基础钻孔难度极大，极大影响施工进度。论文主要以陆良县大莫古镇普乐村光伏发电站桩基础实施方案为例，简要介绍本项目光伏组件桩基础施工优化过程，为后续类似地形地貌条件下的光伏项目桩基础钻孔施工提供参考借鉴作用。关键词：关键词：喀斯特地貌；光伏发电站；支架桩基础钻孔方案优化 中图分类号：中图分类号：TP392 1 工程概况 陆良县普乐村光伏发电项目位于云南省曲靖市陆良县大莫古镇发峨哨村委会栗树园村附近的南向坡地上，本工程主要任务为发电，额定容量为 50MW，项目安装容量（直流侧）为 60.96MWp，系统容配比 1:1.21。共由 16 个 3.15MWp 光伏子方阵组成，采用 108380 块峰值功率为 545Wp 的单晶硅双面光伏组件、224 台225kW 组串式逆变器、16 台 3150 箱式变压器。光伏支架由 28 块 2256mm1133mm 单晶硅光伏组件按 2(行）14（列)的布置方式组成一个支架单元，共有 3871个光伏支架。新建 110kV 升压站 1 座,主变规模为 150MVA,光伏发电经箱变升压后通过 2 回 35kV 集电线路接入 110kV 升压站，110kV 升压站采用 1 回 110kv 线路T 接至麦田沟陆良线路，新建线路长度约 17.6km。电站主要工程建设任务有：1 座 110kV 升压站、16个光伏阵列等。2 地质条件 陆良县普乐村光伏发电项目海拔高程在 1830m1875m 之间，场址地基主要为泥盆系中统曲靖组（D2q）白云岩、角砾状白云岩、灰岩夹页岩等及第四系坡残积层碎石质粘土。根据地基土物理力学性质的差异，把地基土划分为以下 3 层。碎石质粘土：灰褐色、褐黄色，碎石成分为紫红色砂岩，松散稍密状，厚度一般 0.2m0.5m，具一定的承载力。全强风化白云岩、灰岩：灰白色、灰色，可作为基础持力层。弱风化白云岩、灰岩：灰白色、灰色，具有较高的承载力，可作为基础持力层。整体上陆良县普乐村光伏项目地基承载力满足设计要求，太阳能光伏阵列主要布置于山脊及较缓的山坡部位，覆盖层较薄，基岩出露较好，满足光伏阵列基础要求，自然山坡稳定条件较好，基础开挖范围深度不大，边坡稳定问题不突出。3 桩基础可研方案 光伏支架基础设计方法参照太阳能发电支架基础技术规范 GB 51101-2016 和 建筑桩基技术规范JGJ94-2008 进行设计。基础需要对桩基竖向承载力、水平承载力进行计算复核。竖向抗压和抗拔承载力按照太阳能发电支架基础技术规范第 5.3.5 条进行估算验算；水平承载力按照建筑桩基技术规范第 5.7.1 条 4 款进行估算验算。目前常见的支架基础形式主要有独立扩展基础、螺旋钢桩基础、钻孔灌注桩基础及预应力混凝土管桩基础。在地基承载力满足的前提下，独立扩展基础施工 简单可靠，但是土石方开挖量工程量和混凝土工程量较大，经济性较差。钻孔灌注桩施工进度较独立扩展基础快，且工程量较为节省，基础埋深较深，基础耐久性较好，但施工进度一般。螺旋钢桩基础施工进度快，易于调平，对环境破坏很小，但经济性较差。预应力混凝土管桩适用于地层较软，易于压入，高度较高的光伏支架。初设及施工图阶段需对光伏支架基础开展全面的比选研究，力求在保障工程安全的前提下，实现项目更优的经济性。根据现场地勘揭露，本工程场址属于硬地质区域，中国科技期刊数据库 工业 A 且地形较陡，独立扩展基 础、螺旋钢桩基础及预应力混凝土管桩基础均不适应于本工程，而钻孔灌注桩基 础具有较高的适应性，因此，本工程光伏支架基础初拟采用钻孔灌注桩基础。在风和自重等荷载作用下，光伏支架基础有可能出现倾覆、下压或上拔破坏现象，应对基础进行承载力验算，荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合作为基础设计依据。根据现场实际情况，采用钻孔机械成孔施工，灌注桩采用现场浇筑的 C30 钢筋混凝土，桩径 300mm，每个光伏支架采用 4 根桩，初拟桩长为 2400mm，桩顶高出地面 400mm。光伏支架立柱与钻孔灌注桩基础采用地脚螺栓连接，确保立柱与基础可靠连接。经计算，桩基础各项承载力均满足要求。依据普乐村光伏项目实际情况，本工程光伏支架采用单桩支架结构，主要由斜梁、横梁、前斜撑、后斜撑、钢柱、抱箍和单桩基础等关键构件组成。桩基列间距为 4.4m，满足云南省农业光伏用地要求。横梁跨度为 4.4m，斜梁采用 C9045202.5mm 热镀锌冷弯薄壁卷边槽钢，横梁采用 C9050202.0mm 热镀锌冷弯薄壁卷边槽钢，斜撑采用 C6040152.0mm热镀锌冷弯薄壁卷边槽钢，下立柱采用 1594.5mm热镀锌钢管，上立柱采用 1462.5mm 热镀锌钢管。其中，光伏支架主构件均采用Q355B热镀锌钢材钢材，其他部分连接件采用 Q235B 热镀锌钢材钢材。光伏项目支架桩基础采用直径 300mm 的混凝土钻孔灌注桩，入岩深度 2000mm，灌注桩顶出露岩基表面400mm 左右，见附图 1。图 1 桩基方案 4 桩基础钻孔施工方案 普乐村光伏项目支架桩基础施工主要施工流程：技术准备钻孔预埋管及钢筋笼制作和安装混凝土浇筑养护。4.1 钻机打孔 桩基础安装是工程施工的重点，施工过程中对每道工序都应认真操作，打桩机操作依据测量放线的桩位进行施工，履带式打桩机打桩前做加固处理，将钻机头左右、前后进行调整，初调后用水平仪校正垂直，确认无误后进行下步施工，要求桩位移50mm，垂直度 903。4.2 打桩的控制（1）打桩前，应在桩身一面标上每米数标记，以便打桩时记录，立桩用一点打桩起吊，绑扎点距桩端0.239L 处（L 为单条管桩桩长），吊机把桩喂至桩机前，由桩机自身调整垂直度至符合要求后，才能对桩施工。（2）停锤以标高为主，入土深度为辅，当标高达到设计要求，如贯入度骤变、桩身失控倾斜、断桩、移位或重回弹，桩顶及桩身破碎应立即停锤报告，组织有关单位研究处理，记录人员要认真负责，如实记录，记录结果整理编入资料，技术负责人及时组织现场隐蔽工程验收记录和办理各种签证手续。4.3 打桩顺序 打桩顺序合理与否，影响打桩速度、打桩质量，及围环境。打桩向哪个向推进，则向哪个向挤土。根据桩群的密集程度，可采用由一侧向单一向进行的顺序进行施工。4.4 成孔清理 61中国科技期刊数据库 工业 A 岩石或混合层打孔后，清除灰尘采用空压机吹尘，使之孔内无尘屑，为灌注桩做好准备工作。4.5 钢筋笼制作（1）钢筋笼制作顺序大致是先将主筋的间距布置好，待固定住加强箍筋，主筋与箍筋焊接固定后，再点焊螺旋箍筋。（2）主筋搭接采用双面搭接焊或闪光对焊，并保证主筋同心度。（3）钢筋笼制作后，应如实填写质量检验表，必须经监理工程师检查和批准后才能使用。4.6 钢筋笼安装 钻孔完成后，应进行沉渣清理，测量孔深是否达到设计深度，满足设计深度后，安装钢筋笼，钢筋笼安装时应将保护层垫块卡好，保证钢筋保护层厚度。4.7 混凝土浇筑 每一根桩混凝土平均方量为 0.11m3，用车载搅拌机搅拌后，人工配合浇筑。浇筑过程中应用振动棒进行振捣，保证混凝土浇筑密实。图 2 钻孔机械 图 3 成孔 5 实际施工情况 普乐村光伏项目共有 16 个光伏方阵，部分光伏阵列区基岩相对完整，局部阵列区为整块岩基附图 4，履带式气动打孔机无法钻进成孔，效率极其低下。期间，施工单位也使用过履带式潜孔钻机 HC728、一体式潜孔钻 KT11S 等，但造孔效果也不理想，每天的进尺不足2m，甚至每台钻机每台班钻孔不到 1 个桩基孔（每天不足 2m 进尺），进度基本无法保证。图 4 出露整块基岩 图 5 桩基础钻机 图 6 完整基岩成孔情况 图 7 整块基岩混凝土桩基情况 6 优化方案 普乐村光伏项目 116#光伏方阵部分光伏阵列支架基础因地质地形条件施工难度过大，现有优化方案仍操作困难，为完成既定“11.30”“12.15”发电目标，需进一步优化方案。2022 年 10 月 9 日，在普乐村光伏项目现场组织专题会研究后，决定采用锚筋桩基础方案代替钻孔灌柱桩基础方案。具体实施时采用直径 60mm 手持式钻机（手风钻）钻孔，每个桩基钻进 262中国科技期刊数据库 工业 A 个深 1200mm1500mm 的直径 60mm 的钻孔；每个钻孔内插入 2 根直径 28mm 的螺纹钢筋作锚筋桩，锚筋桩顶部出露基岩表面 400mm 以上；2 根锚筋桩顶部与其上部的 2 组 M18U 型地脚螺栓底部焊接连接；基岩表面上部布置钢筋笼，钢筋笼包住锚筋与地脚螺栓，钢筋笼外部套波纹管为外模，最后浇筑桩基混凝土。光伏支架锚筋桩基础方案主要适用于类似喀斯特地形地貌岩石地区、边坡陡峭条件下的高陡边坡地区。操作过程中要注意以下问题：钻孔应保证竖直，保证孔深满足要求，两个钻孔分另在桩位中心点的南北两个方向；直径 28mm 的螺纹钢锚入直径 300mm 的桩基至地脚螺栓询问，钢筋笼纵筋钢筋保护层厚度 35mm；钢筋为 HRB400、HPR300，焊条为 E43 手工焊，混凝土为C30，预埋螺栓为 Q355B 热镀锌或不锈钢，砂浆 M30；桩身混凝土应充分振捣密实，露出地面段桩身应与下段同心且竖直，锚入岩石部分应与上部桩身分开浇筑，模板边缘应采取有效措施防止漏浆，桩身不得有蜂窝、缩颈等缺陷；工程桩单桩抗压承载力极限不应小于40KN，单桩抗拔承载力极限值不应小于 22KN，水平承载力临界值不小于 15KN；桩基础露出地面高度可根据现场地形坡度进行调整，但需保证光伏组件最低点离地高度 2.5m。对于南向坡、东南向坡、西南向坡地形，桩基础露出地面高度可在5080cm范围内根据现场地形坡度调整。对于北向坡、东北向坡、西北向坡地形，当北向坡大于 5时，桩基础露出地面高度按 100cm施工，桩基础露出地面高度变化时，桩径、纵筋数量，规格均不变，长度相应调整，保证入土深度满足设计要求，箍筋数量根据桩基础长度变化相应调整。普乐村光伏项目支架桩基础方案经调整优化后，效率大大提高，平均桩基成孔率每天在 100 个左右（调整前局部地段不足 1 孔/天），最终实现了曲靖片区光伏开发项目“当年开工、当年建设、当年投产发电”的优秀目标，赢得了各级尤其政府部门的高度认可。图 8 锚筋桩基础方案 7 结论 普乐村光伏项目光伏支架桩基础的优化调整，一方面不仅大大缩减工期、节约成本，取得良好经济效益的同时取得了良好的社会效益。目前，公司负责实施的几个项目如玉溪新平县 180MW 岩子脚光伏、50MW公种田二期光伏、40MW 双河村光伏、丘北县 210MW 小黑蚂光伏等地面集中式光伏项目，均不同程度地借鉴采用了陆良县普乐村光伏项目桩基础锚筋桩方案，均收到良好预期效果。同时，在普乐村锚筋桩基础上进一步衍射出双排桩等基础形式应用于新平县 180MW 岩子脚光伏项目。相信今后地面集中式光伏项目推进过程中，尤其是类似喀斯特地形地貌、边坡陡峭条件下，锚筋桩基础方案将会得到更加广泛应用。参考文献 1潘帅,徐涛,唐小钧.戈壁光伏工程中的支架灌注桩基础施工技术J.四川建材,2023,49(11):68-70.2 廖 敬 文,王 岷,屈 显 拥.山 地 光 伏 电 站 方 阵 支 架 及 桩 基 基 础 设 计 施 工 方 法 J.中 国 高 新 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