適用于灘涂光伏電站的光伏支架基礎結構及施工方法
【專利摘要】本發明適用于灘涂光伏電站的光伏支架基礎結構及施工方法，其包含設于地面的基礎，光伏支架設置于該基礎上，該光伏支架包含前立柱和后立柱，前后立柱分別設于不同的基礎之上，其特征在于，該基礎頂部預埋有連接件，光伏支架通過該連接件與基礎連接；該基礎截面為邊長0.2-0.4m的矩形或者直徑為0.2-0.4m的圓形；該基礎的長度為2-5m。本發明受力合理可靠、傳力途徑明確、混凝土用量小、無需土方開挖量、無需施工降水、費用低、耗費人工較少、施工速度快、耐久性強等，特別適合于地基承載力較弱、土方開挖困難、地下水位淺、腐蝕性較強的灘涂場地。
【專利說明】適用于灘涂光伏電站的光伏支架基礎結構及施工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種適用于太陽能地面光伏電站中光伏組件固定式支架的簡易條形基礎。
【背景技術】
[0002]在光伏發電站中，用來實現光電轉換的組件叫光伏組件，光伏支架是用來支撐光伏組件的鋼(或鋁合金)支架，光伏支架下設光伏支架基礎以滿足承載能力和正常使用要求。光伏支架一般露天布置在面積廣闊的空曠場地上，也有光伏支架布置在屋頂、灰場、大棚上，但是灘涂光伏發電站尚屬鳳毛麟角。迄今，較為常用的光伏支架基礎包括鋼筋混凝土獨立基礎、螺旋鋼樁基礎等，但由于灘涂場地的特殊性，這些常用的光伏支架基礎并非適用。
[0003]如圖la、b所示，鋼筋混凝土獨立基礎是最早采用的傳統光伏支架基礎形式之一，也是適用范圍較廣的一種基礎形式，它是在光伏支架前后立柱下分別設置鋼筋混凝土獨立基礎，由基礎底板和底板之上的基礎短柱組成，短柱頂部設置預埋鋼板(或預埋螺栓)與上部光伏支架連接，需要一定的埋深(Im左右)和一定的基礎底面積，基礎底板上覆土，用基礎自重和基礎上的覆土重量共同抵抗環境荷載導致的上拔力，用較大的基礎底面積來分散光伏支架向下的垂直荷載，用基礎底面與土體之間的摩擦力抵抗水平荷載。它的優點是傳力途徑明確，受力可靠，適用范圍廣，施工無需專門施工機械。這種基礎形式抵抗水平荷載的能力較強。
[0004]但鋼筋混凝土獨立基礎的缺陷十分明顯:所需混凝土及鋼筋工程量大，所需人工多，土方開挖及回填的量都很大，施工周期長。灘涂場地土多處于軟塑或者可塑狀態，地下水位較淺，土方開挖難度頗大，需要在整個施工過程中連續不斷地降水，費時、費力、費錢。灘涂具有明顯的漲潮、退潮周期，漲潮期間一般無法施工，需等退潮之后才能正常施工，由于鋼筋混凝土獨立基礎施工周期過長，不利于保證施工連續性與施工質量。
[0005]如圖2a、b所示，螺旋鋼樁基礎是近年來日益廣泛使用的光伏支架基礎形式，它是在光伏支架前、后立柱下均采用帶有螺旋狀葉片的熱浸鍍鋅鋼管樁，螺旋葉片可大可小、可連續可間斷，螺旋葉片與鋼管樁之間采用連續焊接。施工過程中，可用專業機械將其旋入土層中。螺旋鋼樁基礎上部露出地面，與上部支架立柱之間通過螺栓連接。其受力機理與日常生活中常見的螺絲釘相似，用配套機械將其旋入土體中，通過鋼管樁樁側與土體之間的側摩阻力，尤其是螺旋葉片與土體之間的咬合力抵抗上拔力及承受垂直荷載，利用樁體、螺旋葉片與土體之間的樁土相互作用抵抗水平荷載。螺旋鋼樁基礎的優點突出:施工速度快，無需場地平整，無土方開挖量，方便調節上部支架，可隨地勢調節支架高度。對環境影響較小，所需人工少，今后進行回收時，螺旋鋼樁仍可視情況得到二次利用。
[0006]螺旋鋼樁基礎的主要缺陷是:工程造價相對較高，且需要專門的施工機械，最重要的是基礎水平承載能力與土層的密實度休戚相關，螺旋鋼樁基礎要求土層具有一定的密實性，特別是接近地表的淺層土不能夠太松散或太軟弱。事實上，灘涂場地多為松散土或者軟弱土，不能提供足夠的樁土相互作用，在水平荷載作用下螺旋鋼樁的水平位移將持續增大，容易導致光伏支架側向傾斜。此外，螺旋鋼樁耐腐蝕性能較差，盡管可以在螺旋鋼樁表面進行熱浸鍍鋅防腐，但仍然難以適應灘涂強腐蝕性環境。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于提供一種新穎的光伏支架基礎形式，能夠適用于地基承載力較弱、土方開挖困難、地下水位淺、腐蝕性較強的灘涂場地，替代在這類場地中具有安全隱患、耐腐蝕性能差的螺旋鋼樁基礎，以及土方開挖難度頗大、需要持續不斷降水的鋼筋混凝土獨立基礎。
[0008]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案。一種適用于灘涂光伏電站的光伏支架基礎結構，其包含設于地面的基礎，光伏支架設置于該基礎上，該光伏支架包含前立柱和后立柱，前后立柱分別設于不同的基礎之上，該基礎頂部預埋有連接件，光伏支架通過該連接件與基礎連接；該基礎截面為邊長0.2-0.4m的矩形或者直徑為0.2-0.4m的圓形；該基礎的長度為2-5m。
[0009]連接件為預埋鋼板或預埋螺栓，分別與光伏支架的前立柱或后立柱相連接。
[0010]該基礎外表面設有保護層。
[0011]—種適用于灘涂光伏電站的光伏支架基礎結構的施工方法，該基礎結構含設于地面的基礎，光伏支架設置于該基礎上，該光伏支架包含前立柱和后立柱，前后立柱分別設于不同的基礎之上，其特征在于，該基礎頂部預埋有連接件，光伏支架通過該連接件與基礎連接；該基礎截面為邊長0.2-0.4m的矩形或者直徑為0.2-0.4m的圓形；該基礎的長度為2_5m ；
上述基礎為預制鋼筋混凝土樁柱，并直接利用機械沉樁，沉樁完畢后，將光伏支架與基礎連接。
[0012]該沉樁方法采用靜壓沉樁、振動沉樁或錘擊沉樁。
[0013]本發明的有益效果是:提出了一種新型的光伏支架混凝土樁柱基礎——預制鋼筋混凝土樁柱基礎，擯棄了鋼筋混凝土獨立基礎土方開挖量大、需要施工降水的劣勢，消除了螺旋鋼樁基礎截面尺寸較小、防腐蝕性能較差的弊端，能夠較好的適用于地基承載力較弱、土方開挖困難、地下水位淺、腐蝕性較強的灘涂場地，能夠在灘涂光伏發電站的建設中節省投資、增大安全性及增強耐久性。
[0014]其優點還有:受力合理可靠、傳力途徑明確、混凝土用量小、無需土方開挖量、無需施工降水、費用低、耗費人工較少、施工速度快、耐久性強等，特別適合于地基承載力較弱、土方開挖困難、地下水位淺、腐蝕性較強的灘涂場地。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1a為現有的一種光伏支架基礎布置不意圖。
[0016]圖1b為圖1a中A-A面首I]面不意圖。
[0017]圖2a為現有的另一種光伏支架基礎布置不意圖。
[0018]圖2b為圖2a中A-A面剖面示意圖。
[0019]圖3a為本發明的布置示意圖。
[0020]圖3b為圖3a中A-A面剖面示意圖。
【具體實施方式】
[0021]如圖3a、b所示，本發明一種適用于灘涂光伏電站的光伏支架基礎結構，其包含設于地面的基礎I，光伏支架2設置于該基礎I上，該光伏支架2包含前立柱21和后立柱22，前后立柱分別設于不同的基礎之上，該基礎I頂部預埋有連接件3，光伏支架2通過該連接件3與基礎I連接；該基礎I截面為邊長0.2-0.4m的矩形或者直徑為0.2-0.4m的圓形；該基礎I的長度為2-5m。
[0022]連接件3可以為預埋鋼板或預埋螺栓(圖中為U型螺栓)，分別與光伏支架的前立柱或后立柱相連接，該基礎外表面可以設有保護層。該保護層可以是環氧浙青或聚氨酯浙青涂層，并且，還可以采用提高混凝土強度、增加保護層厚度、添加復合型防銹阻銹劑等方式來保證防腐性及耐久性。
[0023]上述基礎為預制的鋼筋混凝土樁柱，施工時，直接利用機械沉樁，沉樁完畢后，將光伏支架與基礎連接。，該沉樁方法一般可以采用靜壓沉樁、振動沉樁或錘擊沉樁。
[0024]對于灘涂場地，在施工時，還有以下問題需要注意。
[0025]關鍵點1:樁型選擇。對于灘涂場地而言，為避免土方開挖、施工降水等施工技術難題，應采用可以直接機械沉樁的鋼筋混凝土預制樁，而非現澆鋼筋混凝土樁。在諸多鋼筋混凝土預制樁中，宜采用混凝土預制實心樁，而非預應力混凝土管樁，因為后者的耐腐性能較差。若采用預應力混凝土管樁，則需要增加管樁壁厚。此外，預制樁具有施工簡便，速度快，所需人工少，經濟性較好等優點。
[0026]關鍵點2:改進承載能力。對于灘涂場地而言，地基承載力通常較弱。相對螺旋鋼樁基礎而言，可以擁有較大的截面尺寸，大幅度增加了樁基礎的側阻力與端阻力，有效改進了基礎承載能力與抗沉降能力。
[0027]關鍵點3:多重防腐措施。灘涂環境一般腐蝕性較強，采取提高混凝土強度等級(C40以上)、增加保護層厚度(不小于40mm)、添加復合型防腐阻銹劑(要求對氯離子、硫酸根離子等腐蝕性介質均防腐效果)、樁柱表面涂環氧浙青(或聚氨酯浙青)涂層(厚度不小于500um)等多重防腐措施，以提高結構防腐蝕性能與耐久性。
[0028]關鍵點4:沉樁方式。常見的沉樁方式有靜壓沉樁、振動沉樁、錘擊沉樁三種。由于預制樁為與光伏支架連接需要在樁頂預埋鋼板(或者預埋螺栓)，采用錘擊沉樁方式容易損壞樁頂預埋鋼板(或者預埋螺栓)，并且難以保證施工精度，故不建議使用。靜壓沉樁是一種較為理想的沉樁方式，鑒于灘涂場地地基承載力較弱，有些場地甚至表面有較厚的淤泥層，自重較大的靜壓沉樁機械可能無法入場，此時可考慮采用振動沉樁。
[0029]關鍵點5:樁柱基礎與光伏支架連接。樁柱基礎與光伏支架連接一般有焊接與螺栓連接兩種。對于焊接，需要在樁頂預埋鋼板；對于螺栓連接，則需要在樁頂預埋螺栓。焊接連接比較容易控制精度及準確安裝，但由于自身存在裂紋、氣孔、燒穿和未焊透等缺陷，容易在缺陷處形成應力集中，在腐蝕環境下的抗疲勞性能較差。螺栓連接在腐蝕環境下的抗疲勞性能較好，但囿于自身結構特征，其精度不容易控制，上部支架安裝難度較大。樁頂在預埋螺栓之后，就不能再采用錘擊沉樁方式，而應采用靜壓沉樁或者振動沉樁方式。
[0030]本發明的新穎之處在于:為適應灘涂場地特點，擯棄鋼筋混凝土獨立基礎土方開挖量大、需要施工降水的劣勢，消除螺旋鋼樁基礎截面尺寸較小、防腐蝕性能較差的弊端，提出了一種新型的光伏支架基礎形式:預制鋼筋混凝土樁柱基礎。該基礎形式可以直接機械沉樁，無需土方開挖及施工降水，可以采用較大的截面尺寸，并可以靈活設置樁長，有效改進了基礎承載能力與抗沉降能力；同時配套多重防腐措施，提高了基礎的防腐蝕性能和耐久性。這種新型基礎在原有光伏支架基礎的前提下改進了受力機制，避免了施工技術難題，完善了防腐措施，降低了混凝土用量，具有很好的安全性、耐久性與經濟性。顯然，這種適用于灘涂場地的預制鋼筋混凝土樁柱基礎具有新穎性、創造性和實用性。
【權利要求】
1.一種適用于灘涂光伏電站的光伏支架基礎結構，其包含設于地面的基礎，光伏支架設置于該基礎上，該光伏支架包含前立柱和后立柱，前后立柱分別設于不同的基礎之上，其特征在于，該基礎頂部預埋有連接件，光伏支架通過該連接件與基礎連接；該基礎截面為邊長0.2-0.4m的矩形或者直徑為0.2-0.4m的圓形；該基礎的長度為2_5m。
2.如權利要求1所述的適用于灘涂光伏電站的光伏支架基礎結構，其特征在于，連接件為預埋鋼板或預埋螺栓，分別與光伏支架的前立柱或后立柱相連接。
3.如權利要求1所述的適用于灘涂光伏電站的光伏支架基礎結構，其特征在于，該基礎外表面設有保護層。
4.一種適用于灘涂光伏電站的光伏支架基礎結構的施工方法，其特征在于，該基礎結構含設于地面的基礎，光伏支架設置于該基礎上，該光伏支架包含前立柱和后立柱，前后立柱分別設于不同的基礎之上，其特征在于，該基礎頂部預埋有連接件，光伏支架通過該連接件與基礎連接；該基礎截面為邊長0.2-0.4m的矩形或者直徑為0.2-0.4m的圓形；該基礎的長度為2-5m ； 上述基礎為預制鋼筋混凝土樁柱，并直接利用機械沉樁，沉樁完畢后，將光伏支架與基礎連接。
5.如權利要求4所述的適用于灘涂光伏電站的光伏支架基礎結構的施工方法，其特征在于，該沉樁方法采用靜壓沉樁、振動沉樁或錘擊沉樁。
【文檔編號】E02D27/44GK104420477SQ201310381881
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月28日 優先權日:2013年8月28日
【發明者】汪海燕, 李彥利, 鄭洪有, 楊菁, 賀廣零, 范立婷 申請人:中國電力工程顧問集團華北電力設計院工程有限公司