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概要：“農(nóng)光互補(bǔ)”光伏電站以其特有的結(jié)構(gòu)和功能正逐步成為國內(nèi)光電新能源項(xiàng)目的重要組成部分。本文以廣西崇左某150MWp農(nóng)光互補(bǔ)光伏項(xiàng)目為例，對(duì)常用樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的承載力、地質(zhì)條件適用性、樁身質(zhì)量控制、運(yùn)維需求、施工工序、施工成本等因素進(jìn)行了比較分析；結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)，通過對(duì)比分析選擇了最優(yōu)的結(jié)構(gòu)型式。本方法可為類似的工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)選型提供參考。

在當(dāng)前“碳達(dá)峰、碳中和”大背景下，積極推動(dòng)以光伏發(fā)電為代表的綠色能源對(duì)于調(diào)整能源結(jié)構(gòu)具有積極的意義。隨著光伏技術(shù)的不斷提高以及土地政策性的調(diào)控緊縮，近年來以“農(nóng)光互補(bǔ)”為代表的新型光伏電站逐步成為國內(nèi)光伏發(fā)電市場(chǎng)的主力軍。“農(nóng)光互補(bǔ)”光伏電站兼具了光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)種植的需求，其工程結(jié)構(gòu)與常規(guī)光伏電站相比有較大的區(qū)別，其中光伏立柱基礎(chǔ)的合理選型是“農(nóng)光互補(bǔ)”光伏電站成功的標(biāo)志之一，也是承載力、農(nóng)業(yè)種植條件及施工可行性的焦點(diǎn)內(nèi)容。

“農(nóng)光互補(bǔ)”光伏電站具有占地面積大，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，合理進(jìn)行樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)選型對(duì)于項(xiàng)目實(shí)施及成本管理具有決定性的作用。為此，本文通過具體項(xiàng)目案例，結(jié)合不同樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，為“農(nóng)光互補(bǔ)”樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)選型提供一種思路。

1.工程概況

某150MWp農(nóng)光互補(bǔ)項(xiàng)目位于廣西壯族自治區(qū)崇左市，工程占地面積190.5萬m²，光伏支架采用單立柱（樁基礎(chǔ)+固定支架）結(jié)構(gòu)形式（見圖1），光伏系統(tǒng)最低點(diǎn)距離地面高度不小于2.5m，設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)數(shù)量約8.4萬根。

項(xiàng)目建成后，在25年壽命周期內(nèi)，每年年均發(fā)電量約為183608.03MWh，相當(dāng)于每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤消耗5.06萬t，減排碳排放13.5萬t，是中國西南地區(qū)較大的光伏電站。

本項(xiàng)目屬孤峰平原地貌，自然邊坡坡度在5°～30°，場(chǎng)地上部覆蓋土層主要為耕土，地表普遍可見石灰?guī)r出露，局部地段出露密集成片分布。地勘資料顯示，本項(xiàng)目各土層分布如下：第一層是耕土，成分主要為黏性土，層厚0.20m～0.50m；第二層為局部紅黏土，零星分布于擬建項(xiàng)目地表；大部分為較完整灰?guī)r，樣品抗壓強(qiáng)度平均值39.1MPa，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ級(jí)，巖體完整程度屬較完整。

2.樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)對(duì)比

“農(nóng)光互補(bǔ)”電站基礎(chǔ)基本由基礎(chǔ)主體+光伏支架組成。綜合工程造價(jià)、結(jié)構(gòu)高度、場(chǎng)地條件、農(nóng)業(yè)種植需求及施工可行性等因素，目前常用的“農(nóng)光互補(bǔ)”支架基礎(chǔ)主體結(jié)構(gòu)有預(yù)應(yīng)力管樁結(jié)構(gòu)及機(jī)械成孔微型樁結(jié)構(gòu)兩種類型。預(yù)應(yīng)力管樁結(jié)構(gòu)與常規(guī)建筑工程預(yù)應(yīng)力管樁工藝相同，通過機(jī)械設(shè)備將高強(qiáng)度鋼筋混凝土預(yù)制樁（一般為圓樁）壓入地基，使其具備一定承載力的施工工藝。微型樁一般是指樁徑小于300mm，長細(xì)比大于30的灌注樁。

2.1承載力比較

相比于常規(guī)灌注樁，微型樁在工作性能、樁土間的相互作用、破壞模式及工程應(yīng)用中有自己的特點(diǎn)，因此對(duì)于微型樁的設(shè)計(jì)計(jì)算也應(yīng)區(qū)別于常規(guī)灌注樁。但由于微型樁的設(shè)計(jì)計(jì)算理論滯后，微型樁通常采用常規(guī)灌注樁的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。對(duì)于同尺寸的兩種樁體結(jié)構(gòu)，光伏系統(tǒng)材料、安裝方式、布局、上部荷載基本相同。通過對(duì)比灌注樁與預(yù)應(yīng)力管樁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，預(yù)應(yīng)力管樁的水平承載性能優(yōu)于灌注樁，但抗拔能力弱于灌注樁。由于光伏系統(tǒng)頂部荷載主要有系統(tǒng)自重、風(fēng)荷載、雪荷載以及溫度荷載等。φ300mm的預(yù)應(yīng)力管樁與微型樁均能滿足光伏系統(tǒng)受力要求。

2.2地質(zhì)條件要求

預(yù)應(yīng)力管樁的沉樁方式是利用外力（如錘擊、靜壓、振動(dòng)等）將樁體壓入土層中，直至滿足相關(guān)參數(shù)（如標(biāo)高、貫入度或承載力等）要求。預(yù)應(yīng)力管樁對(duì)土壤敏感性高，主要適用于軟弱土層，當(dāng)土層中存在強(qiáng)度較高地質(zhì)（如花崗巖等）時(shí)，容易產(chǎn)生斷樁、樁身傾斜等質(zhì)量隱患。微型樁是利用專用鉆孔及清孔設(shè)備（常用如潛孔鉆機(jī)+空壓機(jī)組合）完成樁孔施工后，進(jìn)行鋼筋籠安裝、模板安裝、混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)的施工工藝。微型樁施工幾乎不受地質(zhì)條件限制，適用范圍更廣。

2.3樁體質(zhì)量控制比較

預(yù)應(yīng)力管樁樁體采用工廠預(yù)制，樁身混凝土強(qiáng)度較高，養(yǎng)護(hù)條件好，鋼筋籠安裝準(zhǔn)確性高，混凝土保護(hù)層控制效果好，有更好的耐候性和耐腐蝕性，樁身完整性好。管樁施工機(jī)械化程度高，樁體垂直度及平面偏差精度易于控制。在考慮施工成本及減少水土流失的前提下，“農(nóng)光互補(bǔ)”光伏項(xiàng)目以原始地貌為主，必要時(shí)進(jìn)行局部修整。因此在地坪標(biāo)高不同但樁頂標(biāo)高相同的條件下，對(duì)樁長及樁體入土深度的控制要求更高，難度也較大。錘擊預(yù)制樁施工會(huì)產(chǎn)生一定的噪聲污染和振動(dòng)，但相對(duì)于空曠的野外環(huán)境，噪聲污染及振動(dòng)對(duì)環(huán)境影響小。微型樁施工工序基本與鉆孔灌注樁相同。關(guān)鍵工序施工如孔深控制、清孔質(zhì)量、鋼筋籠及模板安裝、混凝土澆筑等受環(huán)境條件（如溫度）和作業(yè)人員工作技能影響大，易出現(xiàn)樁體外觀圓度低、垂直度偏差大以及樁體外觀的蜂窩、麻面等質(zhì)量通病。但微型樁澆筑高度控制靈活，更適用于地坪標(biāo)高不一致條件下的樁體頂標(biāo)高控制。

2.4光伏電站運(yùn)維需求比較

光伏電站設(shè)計(jì)壽命一般為25年，在壽命周期內(nèi)，運(yùn)維內(nèi)容會(huì)直接影響到運(yùn)維成本。預(yù)應(yīng)力管樁與微型樁樁體本身不需要進(jìn)行維護(hù)。但兩種結(jié)構(gòu)衍生的立柱與光伏支架的連接不同。預(yù)應(yīng)力管樁結(jié)構(gòu)與光伏支架采用焊接連接，在戶外條件下，對(duì)焊縫的防腐處理要求高，尤其在中國西南地區(qū)環(huán)境潮濕，焊縫更容易腐蝕。根據(jù)運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，一般間隔5-7年需要對(duì)焊縫進(jìn)行檢查或者加強(qiáng)處理，需要重新防腐，難度大，成本高。微型樁通過預(yù)埋立柱套管，并采用螺栓固定的方式將立柱固定在樁身之上，本身不產(chǎn)生新的焊縫，更有利于系統(tǒng)的整體防腐性能。

2.5施工工序

比較預(yù)應(yīng)力管樁施工工序主要包括測(cè)量放線→設(shè)備就位→插樁→沉樁→樁頂控制等。主要施工設(shè)備為履帶式挖掘機(jī)，設(shè)備性能成熟，且具有良好的復(fù)雜地貌通行能力。微型樁主要施工工序包括測(cè)量放線→鉆孔→清孔→鋼筋籠安裝→混凝土澆筑→地面部分支架及圓形模板安裝→地面部分混凝土澆筑→樁身養(yǎng)護(hù)等。主要施工設(shè)備為潛孔鉆機(jī)及空壓機(jī)，設(shè)備行走能力略差于履帶式挖掘機(jī)。微型樁施工工序較多，復(fù)雜性較高，難度大，如自然地面以上2.5m高度的圓形模板支護(hù)、混凝土澆筑和振搗。受混凝土養(yǎng)護(hù)周期限制，微型樁施工周期普遍較長。

2.6施工成本比較

以施工中常用的PHC300-A-70預(yù)應(yīng)力管樁與φ300mm微型樁（混凝土強(qiáng)度C25）為例，常規(guī)地質(zhì)條件下的市場(chǎng)價(jià)格（直接成本）對(duì)比見表1。通過對(duì)比可知，微型樁工藝在施工成本上優(yōu)于預(yù)應(yīng)力管樁工藝。

表1微型樁與預(yù)應(yīng)力管樁直接成本對(duì)比表單位：元/m

3.基于本項(xiàng)目特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)選型

通過預(yù)應(yīng)力管樁與微型樁對(duì)比，結(jié)合本項(xiàng)目具體條件分析，進(jìn)行立柱選型。

3.1承載力

根據(jù)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)計(jì)算書，本項(xiàng)目在單立柱間距4.3m條件下，采用PHC300-A-70預(yù)應(yīng)力管樁與φ300mm微型樁（強(qiáng)度C25）均滿足GB50011-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》及GB50797-2012《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》需求，因此兩種施工工藝均能滿足本項(xiàng)目需要。

3.2地質(zhì)條件

根據(jù)地勘資料，本項(xiàng)目下層為III級(jí)巖體，取樣平均抗壓強(qiáng)度39.1MPa，采用履帶式挖掘機(jī)振動(dòng)錘施工工藝，易產(chǎn)生沉樁難或斷樁情況，不滿足當(dāng)前地質(zhì)需求。采用微型樁工藝可以滿足本項(xiàng)目地質(zhì)需求，因此本項(xiàng)目選擇微型樁工藝。

3.3樁體質(zhì)量控制

預(yù)應(yīng)力管樁工藝樁體采用預(yù)制結(jié)構(gòu)，樁身完整性好，且施工質(zhì)量易控制。微型樁施工受環(huán)境及作業(yè)人員操作技能影響大，質(zhì)量控制難度較大，但在嚴(yán)格遵守各項(xiàng)施工及質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范的條件下，微型樁施工質(zhì)量仍處于可控狀態(tài)。預(yù)應(yīng)力管樁質(zhì)量控制優(yōu)于微型樁，但兩種工藝均能滿足項(xiàng)目需求。


3.4運(yùn)維需求

預(yù)應(yīng)力管樁與微型樁樁體本身均不需要維護(hù)。預(yù)應(yīng)力管樁工藝衍生的與光伏支架的焊縫需要定期進(jìn)行除銹及維護(hù)。微型樁與光伏支架不產(chǎn)生焊縫。微型樁在后期運(yùn)維管理上更優(yōu)于預(yù)應(yīng)力管樁。在對(duì)焊縫定期維護(hù)的前提下，兩種工藝均能滿足項(xiàng)目需求。


3.5施工工序

預(yù)應(yīng)力管樁與微型樁相比，工藝更簡(jiǎn)單，施工效率更高。

3.6施工成本

預(yù)應(yīng)力管樁與微型樁相比，施工成本略高。因此，在綜合考慮承載力、地質(zhì)條件、樁體質(zhì)量控制、運(yùn)維需求、施工工序及施工成本條件下，本項(xiàng)目最終選擇微型樁作為本項(xiàng)目樁體結(jié)構(gòu)。

4.結(jié)語

預(yù)應(yīng)力管樁與微型樁相比各有優(yōu)缺點(diǎn)，在進(jìn)行樁基礎(chǔ)選型時(shí)，設(shè)計(jì)人員易側(cè)重于在承載力校核上進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型而忽略了現(xiàn)場(chǎng)條件對(duì)施工工藝限制，導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案不能實(shí)施。因此，在結(jié)構(gòu)選型時(shí)必須充分考慮施工技術(shù)可行性以及施工工期、施工條件、施工成本等各項(xiàng)因素，通過綜合比較，選擇更優(yōu)的施工工藝，確保工程項(xiàng)目順利開展。

 原標(biāo)題：“農(nóng)光互補(bǔ)”光伏電站支架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)選型對(duì)比分析