山地(di)光伏桩(zhuang)基设(she)计与(yu)施工(gong)工(gong)艺研究
2024-03-20 18:51:51
[摘要]山地光(guang)伏(fu)(fu)电(dian)站(zhan)施(shi)工(gong)(gong)过程(cheng)(cheng)中，桩(zhuang)基(ji)施(shi)工(gong)(gong)费用(yong)占电(dian)站(zhan)总造价(jia)比例(li)逐步(bu)上(shang)升，针对常(chang)规桩(zhuang)基(ji)设计与施(shi)工(gong)(gong)工(gong)(gong)艺(yi)材料消(xiao)耗量大，机械使用(yong)要求高等问题，依托于(yu)(yu)贵(gui)州贞丰县(xian)挽澜窑上(shang)及(ji)长田下布克二期光(guang)伏(fu)(fu)电(dian)站(zhan)项目(mu)，通过优化桩(zhuang)基(ji)设计，提出(chu)了(le)变截面(mian)光(guang)伏(fu)(fu)微孔(kong)(kong)灌(guan)注桩(zhuang)设计方案(an)，并研制出(chu)可(ke)安装于(yu)(yu)挖机上(shang)的(de)挤压头，开发出(chu)挖机冲击挤压成(cheng)(cheng)孔(kong)(kong)的(de)施(shi)工(gong)(gong)工(gong)(gong)艺(yi)，达到了(le)施(shi)工(gong)(gong)过程(cheng)(cheng)高效、环保的(de)良(liang)好效果(guo)(guo)，解决了(le)桩(zhuang)基(ji)施(shi)工(gong)(gong)成(cheng)(cheng)本高的(de)难题。本成(cheng)(cheng)果(guo)(guo)适用(yong)于(yu)(yu)山地光(guang)伏(fu)(fu)电(dian)站(zhan)建设领域(yu)，具备较(jiao)高的(de)推广价(jia)值(zhi)。
[关(guan)键字(zi)]光伏；桩基；预埋螺栓；挤压
1、前言(yan)
随着我国山地光伏电(dian)站数量增多(duo)，光伏组件的制造水平(ping)逐(zhu)(zhu)步提高(gao)，产(chan)品价(jia)格在整(zheng)个电(dian)站造价(jia)中(zhong)所占比例逐(zhu)(zhu)步降低，而其桩基施工(gong)(gong)仍延续传(chuan)统工(gong)(gong)艺，造成(cheng)桩基施工(gong)(gong)费用占电(dian)站造价(jia)比例逐(zhu)(zhu)步上升。
常规光伏设计(ji)时，其桩基地(di)(di)(di)下部分(fen)与地(di)(di)(di)上部分(fen)为(wei)相(xiang)同截(jie)面，其截(jie)面尺寸主(zhu)要(yao)取决于(yu)光伏支(zhi)架(jia)(jia)的底(di)板(ban)尺寸与地(di)(di)(di)质状况。由于(yu)光伏桩基受力不(bu)大，地(di)(di)(di)下部分(fen)截(jie)面尺寸要(yao)求不(bu)高，但受光伏支(zhi)架(jia)(jia)底(di)板(ban)尺寸影响，为(wei)保证光伏支(zhi)架(jia)(jia)底(di)板(ban)顺利(li)安装，往(wang)往(wang)造成(cheng)桩基截(jie)面偏大，从而使混(hun)凝土(tu)用量增加，且钻孔施(shi)工(gong)难度(du)加大。
常(chang)规(gui)光伏桩(zhuang)基施工(gong)时(shi)，多采用潜孔(kong)钻冲(chong)击(ji)回转钻孔(kong)或重锤(chui)挤压成(cheng)孔(kong)工(gong)艺，机械台班费偏高，且燃油(you)消耗偏大。
本文依托于贵(gui)州贞丰县挽澜窑上及长田下布克二(er)期光(guang)(guang)伏电站项目，通过技术创新，研(yan)究(jiu)一种山地光(guang)(guang)伏桩(zhuang)(zhuang)基(ji)设(she)计(ji)与施工新工艺。包括设(she)计(ji)一种变截(jie)面光(guang)(guang)伏微(wei)孔灌(guan)注桩(zhuang)(zhuang)设(she)计(ji)，以及研(yan)制(zhi)一套可(ke)安装于挖机(ji)上的(de)挤压头进行挤压成孔。
2、依托工程(cheng)简介
挽澜窑(yao)上光伏电站项目(mu)，规(gui)划(hua)装(zhuang)机(ji)容量50MW，长田下布克二期光伏电站项目，规划装机容量30MW。两个项目均位于贵州省贞丰县境内，距离贞丰县政府约12km，场地共分为较大的5块，海拔高程在1470-1720m之间，主要坡度主要为北坡，坡度在25°左右，总占地面积约2500亩。两个项目合建1座110KV升压站，并通过6.28km单回110KV线路送出至对侧白蜡变电站。
本工程采(cai)用435Wp及440Wp光伏组件，合计24万块。每20块组件串联成1个组串，每300个组串合并为1个方阵，共计40个方阵。
每(mei)个组串由4根直线排列的φ300桩基作为基础，每个桩基顶部预埋M14×500的U型地脚螺栓2套，基础上安装光伏组件支架。桩基混凝土为C30，钢筋由6根φ10圆钢作为主筋，外箍φ6圆钢螺旋封闭。根据地质条件不同，桩基长度略有差别。当表面黏土厚度0.5m以内时，桩基嵌岩深度0.8m，整长1m；当表面黏土厚度0.5-1.1m时，桩基嵌岩深度1.3m，整长1.5m；当表面黏土厚度1.1m以上时，桩基地下部分深度1.6m，整长1.8m；设计结构使用年限25年，安全等级为三级。
3、桩基(ji)设(she)计优(you)化
3.1 桩(zhuang)基原始设计
根据原(yuan)始施(shi)工图，在成孔施(shi)工时，需要选用φ300钻(zuan)头，已达(da)到目前(qian)市场上常规潜(qian)孔钻(zuan)钻(zuan)孔能(neng)力极限，施(shi)工难度增加(jia)，对机械损耗加(jia)大。施(shi)工前(qian)对图纸进行审核，施(shi)工人员提出是(shi)否可以修改为等截(jie)面φ250桩基时，设(she)计方(fang)认(ren)为光(guang)伏组(zu)件重量较轻，桩基承(cheng)载力不(bu)大，地下部分截(jie)面尺寸要求不(bu)高(gao)。
但本工(gong)程光伏支架底板(ban)尺(chi)寸(cun)为250×250，若选用φ250桩基，在支架无法安装。为此需要对桩基尺寸进行设计优化。
3.2 桩基(ji)优化设计
设(she)计一(yi)种变(bian)截面光伏微孔灌注桩，地下部分截面尺寸为φ250，地上部(bu)分(fen)截(jie)面尺寸为φ300。见图3-2：变截(jie)面桩基图。
使用(yong)变截(jie)面(mian)桩(zhuang)基，难(nan)点在于(yu)截(jie)面(mian)过(guo)渡部(bu)分(fen)处理。成孔(kong)过(guo)程(cheng)中，由于(yu)混凝(ning)土(tu)保(bao)护层厚度为35mm，如果钢筋通长均按φ250截面设计，则造成顶部混凝土保护层厚度偏大。因此，顶部钢筋需按φ300截面进行设计。
根据优化方案(an)，在施工现(xian)场与设(she)计(ji)方进行(xing)沟通，获得了设(she)计(ji)人(ren)员认(ren)可(ke)。
4、成(cheng)孔机械研制
根据实际地(di)质状况，光(guang)伏区(qu)分为三种地(di)质类型(xing)：A类为纯土层地质结构、B类为上部土层+下部岩石结构、C类为纯岩石地质结构。对于B类与C类地质结构，由于纯粹的挤压成孔工艺无法实施，只能选择潜孔钻冲击回转钻孔。但对于A类地质结构，如果选择潜孔钻冲击回转钻孔或重锤挤压成孔，则施工成本偏高。
在(zai)A类地质结构中，我们研制一套可安装于挖机上的挤压头进行挤压成孔，利用挖机的冲击力进行成孔。挤压头的结构见图4-1：挤压头结构图。
使(shi)用时，该挤压(ya)头(tou)(tou)安装于挖(wa)机(ji)破(po)碎(sui)头(tou)(tou)内，将破(po)碎(sui)头(tou)(tou)原(yuan)有的破(po)碎(sui)杆取消(xiao)，安装本挤压(ya)头(tou)(tou)即(ji)可(ke)，挖(wa)机(ji)的操(cao)作(zuo)与岩(yan)石(shi)破(po)碎(sui)操(cao)作(zuo)方法相(xiang)同，各挖(wa)机(ji)司机(ji)均可(ke)熟练(lian)掌(zhang)握相(xiang)应(ying)技能(neng)。
5、经济(ji)技术对比
在(zai)桩基设计过程中，如采(cai)用原设计方案，单根桩基混凝土量为0.106m³，螺旋箍钢筋工程量为1.6785kg；使用变截面桩基优化设计后，单根桩基混凝土量为0.074m³，螺旋箍钢筋工程量为1.3339kg；贵州贞丰光伏工程共计4.8万根桩基，节约混凝土量1536m³，节约钢筋16.54t。节约材料费57.54万元，节约钢筋混凝土施工人工费46万元，合计产生经济效益103.54万元。
在成孔工艺改进中，采用(yong)常规(gui)潜孔钻施工，机械台(tai)班费(fei)为140元/孔，使用320挖机成孔，机械台班费为40元/孔，且挖机比潜孔钻燃油消耗量降低40%左右。贵州贞丰光伏工程A类地质结构区域约1.2万根桩基，合计产生经济效益约120万元。
因(yin)此，通过山地光伏桩基设计与施工(gong)工(gong)艺优化(hua)，贵(gui)州贞丰(feng)光伏工(gong)程预计产生经(jing)济效益203.54万元。
6、结论
变(bian)截面光伏微孔灌(guan)注(zhu)(zhu)桩设(she)计可(ke)行，施(shi)工(gong)(gong)操作简(jian)单(dan)，在(zai)常规等截面灌(guan)注(zhu)(zhu)桩基(ji)础上，施(shi)工(gong)(gong)工(gong)(gong)艺未(wei)发生变(bian)化(hua)，但(dan)材料用(yong)量极(ji)大降(jiang)低。该设(she)计方案(an)不受(shou)光伏支架尺寸限制(zhi)，既能够(gou)保(bao)证足(zu)(zu)够(gou)的承载力(li)，又可(ke)满足(zu)(zu)光伏支架安装要求。
可安装(zhuang)于(yu)挖(wa)机(ji)上的挤压头研制成(cheng)功(gong)后，直接以挖(wa)机(ji)代替潜孔钻作业，可用于(yu)纯土层(ceng)地质结构中(zhong)的桩基成(cheng)孔，机(ji)械租赁(lin)价格降低，且节(jie)(jie)约能(neng)(neng)源(yuan)消耗，促进(jin)节(jie)(jie)能(neng)(neng)减(jian)排。
因此(ci)，山地光伏桩(zhuang)基(ji)设(she)计(ji)与施(shi)工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)艺(yi)的优化达(da)到了节(jie)(jie)约(yue)施(shi)工(gong)(gong)(gong)成本(ben)，促进节(jie)(jie)能减排(pai)的作用，是(shi)一种高(gao)效、环(huan)保(bao)的建筑施(shi)工(gong)(gong)(gong)技(ji)术，该(gai)技(ji)术在贵州(zhou)贞丰光伏工(gong)(gong)(gong)程得到成功应用，并可适(shi)用于所(suo)用山地光伏电(dian)站建设(she)领域(yu)，具备较(jiao)高(gao)的推广价值。
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