“光渔互补”光伏电站PC管桩支架设计分析

“光渔互补”光伏电站PC管桩支架设计分析

王诗文

中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司安徽合肥230601

摘要：“光渔互补”光伏电站位于有一定厚度淤泥或淤泥质土的水域中，考虑直接采用PC管桩作为光伏组件支架基础。而PC管桩受力较复杂，桩周土体对管桩的约束作用差，桩身对桩侧土产生侧向压应力，同时桩侧土反作用桩身，产生侧向土抗力，桩土共同作用，互相影响。

关键词：“光渔互补”系统；midas；横向承载力；PC管桩稳定性；

1前言

地面光伏矩阵是一种常见的地面太阳能光伏系统，但其占地面积非常大。为更好地利用土地资源，“光渔互补”应用系统（即在大面积的养殖水面上布置太阳能面板，将太阳能资源利用与水产行业的生产方式相结合）正在得到广泛的实施。本文将结合某农场50MW金太阳示范工程，对“光渔互补”光伏电站PC管桩支架的设计进行分析。

2设计中的难点

1)地质条件复杂。由于光伏支架基础位于的水域中有一定厚度的淤泥或淤泥质土，且工程后期场地需要进行养殖等利用，无法对地基进行大面积处理。因此本工程考虑直接采用PC管桩作为太阳能面板的支架基础。

2)PC管桩受力较复杂，桩周土体对PC管桩的约束作用差。PC管桩支架基础主要受到光伏组件传来的荷载、本身自重及桩周土体的共同作用，在风荷载等水平力的作用下，桩身易倾斜，稳定性较差。由于光伏工程支架数量庞大（本工程2.3万根），若增加桩入土深度，则费用大量增加，经济效益下降。

3设计分析

光伏组件支架受力主要为自重、风荷载、雪荷载及地震作用，主要受侧向风力对其稳定控制。其结构立面图、结构受力示意图如下：

3.1光伏支架组件的有限元模拟：

本处采用MidasGen795进行有限元模拟。光伏面板采用板单元，面板支架主梁、斜杆、横向次梁角钢等采用梁单元。定义边界条件(三角形支架斜杆两端设为铰接，横向次梁角钢与斜梁铰接，悬挑部分次梁角钢与斜杆为刚接)，在光伏面板上施加压力荷载与风荷载后计算。支架的计算模型、应力云图及桩底反力等结果如下图1~2(本处只考虑地震作用、恒荷载及风荷载的光伏面板支架结构)：

图(1)光伏支架管桩模型图(2)PC管桩桩顶位移

因PC管桩侧的土体的拟合较复杂，此处简化为只考虑对桩底的固定支座约束，即不考虑桩侧土体的约束作用，所以软件计算结果的桩顶位移较实际偏大。而桩底竖向荷载与手算基本一致，且支架应力可以从应力云图中直观的比较得出构件是否满足要求。

3.2PC管桩单桩承载力特征值：

3.2.1竖向承载力特征值(轴向力Ra）：

地质勘查报告中给出了本工程地质地貌土层的主要物理力学性能及桩基设计参考推荐值：

本工程中,PC管桩为一种设置于土中和水中的竖直的基础构件，其单桩竖向承载力特征值参照《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)经验参数法进行估算：

作用于管桩支架的竖向荷载及水平荷载均小于竖向及横向单桩承载力特征值，即PC管桩的稳定性满足要求。

4结论

单排PC管桩光伏组件支架能够较好地将新能源利用与生产方式相结合，应用在一些自然条件较为恶劣的场合，节约土地，减少对环境的破坏。综上所述，这种“光渔互补”系统下，PC管桩直接作为太阳能面板支架基础是可行、经济、合理、可靠的。

参考文献

[1]吕宏伟李新忠太阳能光伏支架结构风荷载取值[J]西北水电，2012（5）:85~87.

[2]赵光伟深厚淤泥质土中管桩承载力时效性研究[J]中国水运，2012（2）：249~250