戈壁滩地区光伏桩基础桩周土侵蚀调查及侵蚀深度设计值探讨.pdf

2023年7月总第337期陕西建筑1 3戈壁滩地区光伏桩基础桩周土侵蚀调查及侵蚀深度设计值探讨侯威，李旭，乔云男（陕西建科岩土工程有限公司 西安 7 1 0 0 0 0）摘 要：我国大西北地区分布有大面积的戈壁滩地，在戈壁滩地区建设光伏发电站具有得天独厚的优势。但由于戈壁滩地区入渗条件好、地势平缓，大气降水除蒸发外基本都入渗至地下，往往难以形成常年性河流。地势平缓、表土易被侵蚀，暴雨时地表洪流无固定水系，往往随机冲刷形成洪水沟槽。光伏板荷载小，一般桩长不大，如设计时未充分考虑地表洪水侵蚀作用，极易可能因为洪水冲蚀造成有效桩长不够，进而引发上部结果损坏失效，如考虑侵蚀深度过大必然造成经济上的浪费。本文以酒泉市金塔中弘5 0 MWp 光伏电站项目为例，通过对大面积光伏桩基础侵蚀的详细调查，结合收集气象水文、地质资料，分析光伏桩基础产生侵蚀的原因及分布特征与变化规律，针对侵蚀深度划分了分区，并对各区域采用频率分析的方法提出了桩基础侵蚀深度设计参考值。关键词：戈壁；侵蚀；调查；频率分析中图分类号：T U 4 文献标识码：A0 引言我国大西北地区分布有大面积的戈壁滩地，诸如柴达木盆地、敦煌-酒泉、额济纳旗等地 1（图1）。由于沙漠戈壁地区日照时间长、单位面积的能量密度更大，且温度较高，可以提高光伏电池组件的工作效率 2。因此，在沙作者简介：侯威，硕士，工程师，主要研究方向：水工环地质及其理论。图1 中国荒漠分布图2023年7月总第337期陕西建筑1 4漠地区建设光伏发电站具有得天独厚的优势。此外，沙漠戈壁区林立的光伏发电板能够有效防风固沙，降低土地温度、减少土壤水分蒸发，改善生态环境。国家能源局综合司等三部门发布关于支持光伏发电产业发展规范用地管理有关工作的通知，鼓励在沙漠、戈壁、荒漠等区域选址建设大型光伏基地 3。由于光伏发电板长期承受风、雪等水平荷载，其基础不但要承受竖向荷载，水平荷载及上拔力也不可忽视 4，因此在戈壁区光伏发电设备往往采用桩基础。戈壁滩主要是干旱半干旱地区来自周边山区的洪水堆积侵蚀形成。戈壁滩地区一般总体地势平缓，由于地处干旱地区、降水少，大气降水除蒸发外基本都入渗至地下，往往难以形成常年性河流。地势平缓、表土易被侵蚀，暴雨时地表洪流无固定水系，往往随机冲刷形成洪水沟槽 5。光伏板荷载小，一般桩长不大，如设计时未充分考虑地表洪水侵蚀作用，极易可能因为洪水冲蚀造成有效桩长不够，进而引发上部结果损坏失效，如考虑侵蚀深度过大必然造成经济上的浪费。因此，在设计光伏桩基础时，合理的侵蚀深度参考值作为桩长设计依据显得尤为重要。本 文 以 酒 泉 市 金 塔 中 弘5 0 MW光伏电站项目为例，通过对大面积光伏桩基础侵蚀的详细调查，结合收集气象水文、地质资料，分析光伏桩基础产生侵蚀的原因及分布特征与变化规律，进而确定一个合理的地表侵蚀深度值，作为后续桩基础设计的依据。1 自然地理条件场 地 位 于 甘 肃 省 酒 泉 市金塔县县城东约1 0.0 k m处的盆地戈壁滩地区，场地内海拔约1 2 4 0 1 2 6 0 m，整体南高北低。南侧约8.0 k m 为构造剥蚀中山，海拔约1 4 5 0 m左右，至山体前缘、戈壁滩地区后缘相对高差约1 0 0 m。从南侧山体前缘即戈壁滩地区后缘至场地内平均坡度约1.5。金塔县属于典型的温带干旱大陆性气候，冬季寒冷，夏季炎热，温差大，日照充足，蒸发大，年日照时数达3 0 8 6.6 小时，年平均气温9.4，年降水量3 9.0毫米。从南侧构造剥蚀中山至场地内无常年性水系发育，但多发育有各级洪水干沟，从南侧山区向本场地方向发育有3 支较大洪水干沟、整体由东南向西北方向蜿蜒辐射。至本场地内逐渐分散为细小辫状小冲沟。2 工程概况该发电工程总占地面积约1.2 k m2，分为1 6 个区域。上部为钢框架结构，下部采用直径2 5 0 m m 的微孔钻孔灌注桩，桩长1.8-2.2 m。单桩水平承载力特征值不小于1 0 k N、单桩抗拔极限承载力特征值不小于1 0 k N、单桩竖向承载力特征值不小于2 0 k N。3 桩基础侵蚀调查情况本次对全部桩基础进行了桩周土调查工作，主要调查了侵蚀深度、侵蚀原因，同时调查了场地内洪水冲沟的发育情况。共调查了1 2 3 0 根光伏桩基础，其中侵蚀深度0.0-0.3 m 为7 4 4 根，侵蚀深度0.3-0.6 m 为3 0 0 根，侵蚀深度0.6-1.2 m 为1 8 6 根。均主要表现为洪水期地表短暂洪水冲刷：在平坦区域主要为散乱的地表流冲刷，在发育冲沟区主要为地表汇流后冲刷。4 侵蚀状况分析4.1 洪水冲沟分布利用卫星影像及现场调查资料，勾绘了场地内洪水干沟的分布情况，场地洪水干沟大致分为三级：一级为南侧山区发源而来的，在场地内分为两支，总体由东南向西北方向蜿蜒；二级为两条一级干沟叶脉状分布的支沟；2023年7月总第337期陕西建筑1 5三级为各叶脉状干沟辐射的散乱细小毛沟。4.2 侵蚀分布特征根据调查数据，绘制了光伏桩基侵蚀深度分区图，将侵蚀深度与冲沟分布两个要素绘制在同一图中（图2）。从图中可以看出：侵蚀深度0.6-1.2 m 主要沿一级冲沟分布，侵蚀深度0.3-0.6 m 的主要沿二级冲沟两侧分布，侵蚀深度0.0-0.3 m 主要为其余散乱分布的毛沟区。依据各分区侵蚀深度调查数据按照0.1 5 m 步长绘制分区-区间侵蚀深度桩数量统计图（图3）。从图中也可看出，毛沟区桩基础以侵蚀深度0.0-0.3 0 m 为主。二级冲沟区桩基础以侵蚀深度0.3 0-0.6 0 m 为主。一级冲沟区桩基础以侵蚀深度0.6-1.0 5 m 为主，侵蚀深度1.0 5-1.2 0 主要分布在该区。5 侵蚀深度设计值的确定5.1 侵蚀深度设计值确定原则由上述可知，侵蚀深度与洪水干沟分布具有明显相关性。因此在设计光伏基础时，侵蚀深度设计值对不同区域应分别统计分析并确定。以达到既能保证设计年限内正常使用又经济的目的。5.2 侵蚀深度设计值分析本次根据各区域内的侵蚀深度调查数据按照频率分析的方法进行统计，制作侵蚀深度-频率曲线（图4-6），以反映出各区大于某侵蚀深度值的概率值，进而按照保证率的原则提出侵蚀深度设计值。假定将8 0%保证率侵蚀深度作为光伏桩基础设计值，则对于毛沟区为0.2 4 m、对于二级冲沟区为0.5 5 m、对于一级冲沟区为1.0 5 m。6 结语（1）场地位于甘肃省酒泉图2 侵蚀深度及洪水干沟分布图图3 分区-区间侵蚀深度桩数量统计图2023年7月总第337期陕西建筑1 6市金塔县县城东约1 0.0 k m 处的盆地戈壁滩地区，场地地表洪水干沟大致分为三级：一级为南侧山区发源而来的，在场地内分为两支，总体由东南向西北方向蜿蜒；二级为两条一级干沟的叶脉状分布支沟；三级为各叶脉状干沟辐射的散乱细小毛沟。（2）光伏桩周土主要表现为洪水期地表短暂洪水冲刷，在平坦区域主要为散乱的地表流冲刷，在发育冲沟区主要为地表汇流后冲刷。（3）毛沟区桩基础以侵蚀深度0.0-0.3 0 m 为主，2 级冲沟区桩基础以侵蚀深度0.3 0-0.6 0 m为主，1 级冲沟区桩基础以侵蚀深度0.6-1.0 5 m 为主，侵蚀深度1.0 5-1.2 0 主要分布在该区。（4）假定将8 0%保证率侵蚀深度作为光伏桩基础设计参照值，则对于毛沟区为0.2 4 m、对于二级冲沟区为0.5 5 m、对于一级冲沟区为1.0 5 m。（5）在戈壁滩地区建设光伏电站，应在选址或勘察阶段对场地侵蚀状况进行调查，并宜利用遥感、航测等技术准确掌握场地地形起伏、冲沟发育状况，制作场地微地貌图，作为侵蚀调查底图及便于后期分区分析。（6）如可查清场地历史洪 图4 毛沟区侵蚀深度频率曲线 图6 一级冲沟区侵蚀深度频率曲线 图5 二级冲沟区侵蚀深度频率曲线2023年7月总第337期陕西建筑1 7水雨量及对应的冲刷侵蚀系列数据，则可进一步结合气象预测提出更为可靠的侵蚀深度设计值。参考文献 1 申元村,王秀红,程维明,等.中国戈壁综合自然区划研究 J .地理科学进展,2 0 1 6(1):5 7-6 6.2 赵延岩,李振朝,高晓清,等.戈壁大型光伏电站夏季晴天地表通量特征 J .太阳能学报,2 0 2 1(5):1 3 8-1 4 3.3 徐国凤,张振师,李玉进,等.西北地区生态光伏产业现状 J .太阳能学报,2 0 2 1(5):1 3 8-1 4 3.4 林建宝,沈道军,罗易.光伏 灌 注 桩 基 础 核 算 J .太 阳能,2 0 2 1(4),4 9-5 1.5 任国志.戈壁荒漠区洪水灾害对输油气管道的影响分析 J .甘肃水利水电技术,2 0 1 5(6):4 3-4 6.