浅谈螺旋钢管桩在高海拔牧光储工程中的应用

浅谈螺旋钢管桩在高海拔牧光储工程中的应用

赵 亮王 帅 牛 宝

中国水利水电第一工程局有限公司 吉林省 长春市 130000

摘 要：光伏太阳能支架也相应明确了具体要求：快捷以减少工时，环保以符合能源本质。由于光伏管桩技术的发展，钢管螺旋桩具有施工速度快、质量可靠、噪音低、承载力高、结构寿命长的特点充分显现出来。

关键词：钢管螺旋桩、高海拔地区、优点

前 言

随着传统能源的日益紧缺，新能源的开发与利用得到世界各国的关注。与此同时，我国光伏新能源发展迅猛，技术逐渐成熟，接近或达到世界先进水平，为此，国家提出了光伏的发展方向、战略目标、主要任务及政策措施。由于光伏行业技术的发展，钢管螺旋桩具有施工速度快、质量可靠、噪音低、承载力高、结构寿命长的特点充分显现出来。下面就中国电建尖扎县尖扎滩乡牧光储一体化项目分析钢管螺旋桩在高海拔地区的施工技术。

1工程概况

中国电建集团尖扎县尖扎滩乡40万千瓦牧光储一体化建设项目光伏总装机容量400MW（AC），园区内新建一座330kV升压站、统一规划了330kV送出线路、主干道、次干道、35kV集电线路，施工用电线路、给水管道等公共基础设施。本期工程拟选用540Wp单晶硅双面光伏组件，采用固定支架安装方式，本期工程光伏发电单元为3.125MW，直流逆变为交流，就地升压至35kV后分别以16回35kV线路接入本工程新建的330kV升压站35kV低压侧。新建一座330kV升压站经330kV送出线路送至330kV同仁变。

2钢管螺旋桩施工工艺

（1）首先根据设计院提供的，经甲方确认施工总平面图进行测量放点，并用包括GPS测量仪等仪器进行放点；（2）根据设计图纸放点结果，定出每个需要打桩的位置，用小旗、木条等易发现的物件做标记；（3）打桩机通过自有的行走功能和液压控制系统使钻机迅速到达桩位；（4）将螺旋桩送入钻头，并调整螺旋桩的垂直度；（5）钻机动力头装置为钢管螺旋桩提供扭矩，加压装置通过加压动力的方式将压力传递给钢管螺旋桩，直至钻到设计标高。

3螺旋桩的优点

3.1桩基的选择

本工程场区上部土层主要为粉土，平均厚度为1.37m，场区内发育多条南北向汇水冲沟，呈树枝状分布。单排桩对地质要求，尤其是对地表变化要求高，在粉土较厚地区不宜使用。而双排桩布置稳固，结构受力好，对不利地区适应性较强。同时，比较以往经验，单排桩较双排桩上部支架钢材用量较大，造价会稍高。综合考虑，本工程拟采用双排钢管螺旋桩，钢管螺旋桩初定规格为4*φ76mm，总长2.4m，埋深2.0m，外露0.4m，每组支架16根桩，双排等间距布置。在高原天然草地，钢管螺旋桩具有草皮伤害率低、钻孔效率高、施工速度快，无需场地整平，无土方开挖量，最大限度的保护场区植被，且场地易恢复原貌，方便调节上部支架，可随地势调节支架高度。对环境的影响小，所需人工少，螺旋桩可以进行二次利用。便于质量控制。

3.2打桩设备技术成熟

履带式螺旋打桩机目前在市场上较为普遍采购渠道较多，性能稳定，价格合理，履带式螺旋打桩机对土地的适应能力较强，雨雪天气下设备可正常施工方便的移动到所要到达的位置，加快了施工进度。

3.3桩孔对位方便准确

在对位过程中，驾驶员在驾驶室内利用先进的电子设备就可以精确的实现对位，使钻机达到最佳钻进状态。

3.4环保特点突出

（1）国内传统基础采用钢筋混凝土基础，需要大面积开挖，极易造成大面积自然的草被植物的破坏，且需要大量的淡水养护，对西北部极度缺水的干旱地区无疑造成极大的浪费，（2）螺旋桩入土深度浅，没有传统钻机需要场地内设置泥浆池，文明施工得到控制；（3）钢管螺旋桩在使用后可以拔出处理后再循环使用，这样对材料成本及对环境的污染就可减到最小。

图1 钢管螺旋桩

4螺旋钢管桩计算

4.1相关荷载及计算依据

光伏支架基础计算所涉及的荷载主要有风荷载、雪荷载、施工检修荷载、组件荷载、支架自重、温度荷载等。

根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012），本项目场址位于黄南州尖扎县，50年重现期基本风压0.55kN/㎡、基本雪压0.10kN/㎡，25年重现期风压0.48kN/㎡、雪压0.07kN/㎡。作用在光伏支架上的风荷载、雪荷载按25年重现期计算，作用在支架基础顶面的风荷载、雪荷载按50年重现期计算。基本风压尚不应小于0.3 kN/㎡。

4.2风荷载标准值

根据NB/T 10115-2018风荷载相关规定，垂直作用于光伏支架结构或光伏组件表

面的风荷载，计算支架结构构件时，风荷载标准值应按下式计算：

wk=βzμsμzw0

根据GB 50009-2012，βz=1.0。

根据表NB/T 10115-2018中4.1.3-1规定，风荷载整体体型系数为：μs1=1.24，μs2=-1.54。

根据GB 50009-2012，本工程地面粗糙度为B类，组件离地面高度取5.0m，则μ_z=1.00。

μs1=1.24时，wk=1.0×1.24×1.0×0.55=0.682kN/㎡（正压）

μs2=-1.54 时，wk=1.0×(-1.54)×1.0×0.55=-0.847kN/㎡（负压）

组件斜面积为：A=27.488x4.208=115.67m2，组件倾角为36°

组件水平投影面积Ah=Acos36°=91.149m2

组件垂直投影面积Az=Asin36°=71.21m2

正压时（标准值）：

风压竖向压力（压力）：Wz=91.149x0.682=62.17kN

风压水平力：Wz=71.21x0.682=48.57kN

负压时（标准值）：

风压竖向拔力（拔力）：Wz=91.149x（-0.847）=-77.21kN

风压水平力：Wz=71.21x（-0.847）=60.32kN

纵向风荷载对支架的总水平力为：

Fh=0.10Ahwh=0.10x91.149x0.682=6.22kN，其中wh为光伏面板高度h处的风压。

4.2雪荷载标准值

光伏电站的光伏支架雪荷载应按25年重现期确定基本雪压。25年重现期基本雪压为0.10kN/㎡。

根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012），水平投影面上的雪荷载标准值应按下式计算：

sk=μrs0

根据NB/T 10115-2018表4.2.5光伏组件单坡顶面积雪分布系数。A=36°，取μr=0.44，则

sk=0.44×0.10=0.044kN/㎡

雪荷载标准值：

FSk=Ahsk=91.149x0.044=4.011kN

4.3施工检修荷载

施工检修荷载宜取1kN，也可按实际荷载取用并作用于支架最不利位置。按作用于东西向檩条跨中进行计算。

4.4温度荷载

根据光伏支架结构的受力特点，对设置柱间支撑的光伏支架结构一般不进行温度应力计算。本工程支架两端设置柱间钢拉条，支架计算不考虑温度荷载。

4.5组件荷载

本工程固定支架主要设计参数如下：

光伏组件排列方式：2x26，竖排布置

支架倾角：36°

组件最低点距地最小距离：1.8m

光伏组件尺寸：2256mm*1133mm*35mm

光伏组件自重：25.5kg/块，即249.90N/块

5螺旋钢管桩的应用条件

在光伏支架的前后立柱下面采用带螺旋叶片的热镀锌钢管桩，旋转叶片可大可小、可连续可间断，旋转叶片与钢管之间采用连续焊接。施工过程中采用专业机械将其旋入土体中。螺旋桩基础上部露出地面，与上部支架之间采用螺杆连接。通过钢管桩桩侧与土壤之间的侧摩阻力，尤其是旋转叶片与土体之间的咬合力抵挡上拔力及承受垂直载荷，利用桩体、螺旋叶片与土体之间桩土相互作用抵抗水平荷载。施工速度快，无需场地整平，无土方开挖量，最大限度的保护场区植被，且场地易恢复原貌，方便调节上部支架，可随地势调节支架高度。对环境的影响小，所需人工少，螺旋桩可以进行二次利用。便于质量控制。但是其造价相对较高，且需要专门的施工机械，最重要的是基础水平承载能力与土层的密实度密切相关，螺旋桩基础要求土层具有一定的密实性，特别是接近地面的浅土层不能够太松散；螺旋桩基础的耐腐蚀性较差，尽管可以采用加厚热镀锌，但难适应较强的腐蚀性环境。

6结束语

钢管螺旋桩在草原区域中的应用是完全符合新能源理念，减少对草原植被和土壤的破坏，同时也满足降低厂区电站造价、提高机构安全等要求。作为一种基础类型，螺旋桩降低了对周边环境的影响，有效的保护了周围环境，实现清洁、文明施工。

参考文献

[1]魏德强.螺旋钢管桩在沙漠地区光伏项目中的施工方法[J].工程建设,2019,51(07):65-69.DOI:10.13402/j.gcjs.2019.07.014.

[2]桑涛.光伏电站螺旋钢管桩的应用和计算[J].工程技术研究,2016(08):53-54.DOI:10.19537/j.cnki.2096-2789.2016.08.027.