光伏基礎(chǔ)選型綜述

光伏基礎(chǔ)選型綜述摘要：本文針對(duì)屋頂、地面、水面等多種光伏形式特點(diǎn)，結(jié)合作者參與的多個(gè)實(shí)際項(xiàng)目方案編制中的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)光伏支架基礎(chǔ)的選型流程進(jìn)行總結(jié)與綜述，為后續(xù)相關(guān)項(xiàng)目提供參考。1引言近年來，隨著技術(shù)成熟、成本降低以及國家“雙碳”政策的落地，各地光伏項(xiàng)目逐漸增多。針對(duì)項(xiàng)目場址形式，光伏支架基礎(chǔ)形式主要包括屋面連接固定、混凝土配重塊基礎(chǔ)、漂浮式基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)等幾種。2直接連接或配重塊基礎(chǔ)屋面光伏的固定形式分為連接件固定、附加結(jié)構(gòu)固定、混凝土配重塊等。對(duì)于采用直立鎖邊或角馳型壓型鋼板的輕鋼屋面、預(yù)留埋件的混凝土平屋面，或承載力較低的屋面，如輕鋼結(jié)構(gòu)屋面或采用預(yù)制板作為屋面的民用房屋，可采用連接件固定方式，具體措施包括鋁合金夾具固定、膨脹螺栓固定、膠粘固定等。此方式具有成本低、施工快捷、荷載小、不影響屋面使用等優(yōu)點(diǎn)，是優(yōu)先采用的光伏固定方式。夾具安裝方式利用特定的光伏系統(tǒng)夾具，在原屋面板波峰上方放置金屬夾具，金屬夾具夾持于屋面波峰上，不破壞原有的彩鋼瓦及防水層，保證屋面的防水性。安裝光伏組件后對(duì)廠房的通風(fēng)、采光、防水、排水無影響。對(duì)于瓦屋面，若屋面檁條較為堅(jiān)固且便于施工，可采用夾具與檁條連接，夾具上部從瓦片縫隙中外伸以固定光伏導(dǎo)軌。彩鋼圍護(hù)式采用鍍鋅鋼構(gòu)件搭建支架，基礎(chǔ)采用植筋、膨脹螺栓固定，南坡鋪設(shè)光伏板，其余三面用彩鋼板板圍護(hù)形成封閉空間。優(yōu)點(diǎn)是能充分利用屋頂空間，缺點(diǎn)是相較于支架固定方式造價(jià)較高。我國北方民居中單層平屋頂房屋較多，老百姓有儲(chǔ)藏糧食、雜物的需求，故此形式在北方農(nóng)村較受歡迎。屋頂陽光房式采用鍍鋅鋼構(gòu)件搭建支架，高1.8m~2.5m左右，在頂部鋪設(shè)光伏板，基礎(chǔ)采用膨脹螺栓、植筋等形式固定。優(yōu)點(diǎn)是不占用屋頂空間，缺點(diǎn)是鋼材用量大，相比支架固定形式造價(jià)高。我國南方省份民居中多層建筑較多，老百姓有在頂層休閑乘涼的需求，故此形式在南方農(nóng)村較受歡迎。對(duì)于混凝土平屋面、無法直接固定光伏板的鋼結(jié)構(gòu)屋面、規(guī)模較小的地面光伏等，常采用混凝土配重塊基礎(chǔ)?；炷廖蓓斠话悴捎没炷僚渲貕K作為基礎(chǔ)，配重塊底部墊防水并用水泥漿稍作固定與找平后放置于屋面，主要利用配重自身重量穩(wěn)固光伏，不對(duì)屋面鉆孔等，由于直接放置于屋面上自然它不破壞屋頂原有結(jié)構(gòu)，而實(shí)際設(shè)計(jì)安裝過程中，這種基礎(chǔ)會(huì)有各種各樣的形式，如條形基礎(chǔ)、方形基礎(chǔ)、鋼筋混凝土配重塊+特種工程塑料支架等方案，但基本原理都是一樣的。對(duì)于地面光伏，通常采用樁基礎(chǔ)固定，但對(duì)于規(guī)模較小的地面光伏，或地基條件特殊，不便于采用樁基礎(chǔ)的工程，如硬化地面、回填區(qū)域等，可考慮采用混凝土配重塊或配筋混凝土條形基礎(chǔ)固定。3樁基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)是地面集中光伏、漁光互補(bǔ)等中、大型光伏項(xiàng)目廣泛采用的基礎(chǔ)形式，各樁基礎(chǔ)形式的特點(diǎn)和適用范圍詳見下表：光伏樁基礎(chǔ)形式特點(diǎn)分析表序號(hào)基礎(chǔ)形式適用地基類型施工方法特點(diǎn)施工效率1螺旋樁大葉片螺旋樁適用于松散土壤（標(biāo)貫N<8）打樁機(jī)直接將螺旋樁打入土壤①施工工藝簡單②施工速度快③環(huán)境影響小120~150根/8h小葉片螺旋樁適用于中等密度的松散土壤，如砂礫、砂土、泥沙和粘土（標(biāo)貫值8①施工工藝簡單②施工速度快③環(huán)境影響小100~120根/8h素混凝土螺旋樁適用于難以直接旋入的土壤、巖石等類型（標(biāo)貫值N>30）潛孔機(jī)成孔放入混凝土后將螺旋樁旋入成樁①施工工藝較簡單②施工速度較快③環(huán)境影響較小約80根/8h2灌注樁基礎(chǔ)適用于粘性土、粉土、季節(jié)性凍土、膨脹土、持力層為硬性粘土或密實(shí)砂潛孔機(jī)成孔放入鋼筋籠后澆混凝土、通過振動(dòng)棒加密成樁。①施工工藝較相對(duì)復(fù)雜②施工速度一般3預(yù)制樁基礎(chǔ)適用于粘性土、砂土、粉土、季節(jié)性凍土、膨脹土沉樁設(shè)備將樁壓入（或錘入）土中。①施工工藝較相對(duì)復(fù)雜②施工速度一般③對(duì)環(huán)境影響大約60~80根/8h4型鋼樁基礎(chǔ)適用于粘性土、粉土地區(qū)打樁機(jī)直接將型鋼樁打入土壤①施工工藝簡單②施工速度快③環(huán)境影響小120~140根/8h5錨桿基礎(chǔ)適用于基巖出露（巖石風(fēng)化程度低）地區(qū)潛孔機(jī)成孔放入錨筋后澆混凝土、通過振動(dòng)棒加密成樁。①施工工藝較相對(duì)復(fù)雜②施工速度一般③適用區(qū)域受限根據(jù)上表可知，各類基礎(chǔ)均有其優(yōu)缺點(diǎn)，因此，基礎(chǔ)型式的擬定應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際情況，綜合考慮以下因素：支架結(jié)構(gòu)型式及基礎(chǔ)所承受的荷載特征、土的性狀及地下水條件、施工工藝可行性、施工場地條件施工季節(jié)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、環(huán)保要求及施工工期。對(duì)工程中最常用的鉆孔灌注樁、預(yù)制樁、螺旋樁的優(yōu)缺點(diǎn)和在特殊地基條件下的適用性做進(jìn)一步分析。鋼筋混凝土鉆孔灌注樁：成孔方便，可根據(jù)地形調(diào)整基礎(chǔ)頂面標(biāo)高，頂標(biāo)高易控制，適用于工程場區(qū)覆土層較厚的地質(zhì)情況，缺點(diǎn)是需挖孔后灌注混凝土，導(dǎo)致工期較長。適用于一般填土、粘性土、粉土、沙土等。對(duì)于凍脹性地基，灌注樁無法進(jìn)行減弱凍脹措施，必須加大樁長來抵抗凍拔力；對(duì)于強(qiáng)腐蝕性地基，灌注樁可采用增大混凝土保護(hù)層厚度，或采用抗腐蝕混凝土來增強(qiáng)樁基的抗腐蝕性。鋼筋混凝土預(yù)制樁：與鋼筋混凝土鉆孔灌注樁受力原理相同，主要區(qū)別在于成樁和施工方式。采用此基礎(chǔ)型式，施工簡單、快捷，但造價(jià)相比鋼筋混凝土鉆孔灌注樁要高，光伏支架立柱與基礎(chǔ)樁預(yù)留埋件采用焊接連接，沉樁采用錘壓法和靜壓法。適用于淤泥質(zhì)土、粘性土、填土、濕陷性黃土等。對(duì)于凍脹性地基，預(yù)制樁可在樁周采取隔凍措施，如在凍深范圍內(nèi)換填中粗砂、涂抹一層厚瀝青來減弱凍脹性；對(duì)于強(qiáng)腐蝕性地基，預(yù)制樁可采用抗腐蝕混凝土來增強(qiáng)樁基的抗腐蝕性。螺旋鋼樁：適用于中軟土地基，如黃土或粘性土地區(qū)。樁桿采用熱浸鋅鋼管，采用旋擰鉆進(jìn)的方式打入地基土中。螺旋鋼樁樁頂預(yù)留螺栓孔，支架立柱與基礎(chǔ)采用螺栓連接。適用于沙漠、草原、灘涂、戈壁等。螺旋鋼樁基礎(chǔ)優(yōu)點(diǎn)是施工簡便，不需要澆筑混凝土，也不需要大型機(jī)械，雖造價(jià)較預(yù)制樁和灌注樁稍高，但不需要大面積的場地平整，無需基槽開挖、土方回填，施工簡便、人工投入少、采購方便，適用于對(duì)環(huán)保要求較高或工期緊張，投資允許的情況。對(duì)于規(guī)模較小的光伏項(xiàng)目，若采用灌注樁、錨樁基礎(chǔ)需引入大型打樁設(shè)備，導(dǎo)致造價(jià)提高，此時(shí)采用螺旋鋼樁也比較合適。螺旋鋼樁的缺點(diǎn)是不適用于密實(shí)的碎石土及巖石地基，且防腐難度較高，不適合有腐蝕性的地基。當(dāng)場區(qū)土壤含鹽量較高時(shí)，其中氯化鹽產(chǎn)生氯離子率先侵蝕鍍鋅保護(hù)層，在鍍鋅層形成氯化鋅，易對(duì)鍍鋅層產(chǎn)生腐蝕。螺旋鋼樁目前存在定制標(biāo)準(zhǔn)的缺失，螺旋鋼樁計(jì)價(jià)方式、鋼材、質(zhì)保年限、售后服務(wù)等均無明確的要求的問題，導(dǎo)致質(zhì)量服務(wù)參差不齊。當(dāng)樁身質(zhì)量難以保證時(shí)，存在鍍鋅層雜質(zhì)多易脫落、鍍鋅鋅液純度低、樁體表面白色晶體析出易引起支架變形和組件滑落等風(fēng)險(xiǎn)。目前螺旋樁是否能保證25年防腐性能缺乏驗(yàn)證，運(yùn)營期存在換樁的問題，導(dǎo)致運(yùn)營成本增加。另外，螺旋鋼樁的樁截面較小，樁身較為單薄、剛度不高、位移相比其他樁型較大，單排樁無法滿足要求，通常使用雙排樁形式，在北方凍土地區(qū)樁長長度需延伸至凍土層以下，導(dǎo)致用鋼量較大，整體造價(jià)較高。4漂浮式基礎(chǔ)對(duì)于水庫、湖泊等對(duì)于水域較深的區(qū)域，通常無法采用打樁固定，適合采用漂浮式固定形式。目前水面漂浮式基礎(chǔ)形式有浮管式、浮箱式、浮箱+支架式、浮筒+支架式幾類，下面對(duì)各類基礎(chǔ)的優(yōu)缺點(diǎn)、適用范圍、造價(jià)進(jìn)行對(duì)比：水面光伏基礎(chǔ)形式特點(diǎn)分析表編號(hào)名稱優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)總造價(jià)（元/瓦）1浮管式漂浮光伏系統(tǒng)受力合理，耐久性強(qiáng)，可按最佳傾角調(diào)節(jié)布置連接節(jié)點(diǎn)多，施工困難，需附加檢修走道，設(shè)計(jì)時(shí)需考慮波浪對(duì)漂浮系統(tǒng)影響，合理設(shè)計(jì)鉸接體系1.102浮箱式漂浮光伏系統(tǒng)模塊化，輕量，無支架，連接節(jié)點(diǎn)少，施工方便，工期短，對(duì)水面波動(dòng)適應(yīng)性較好浮箱連接連接及與錨固系統(tǒng)，組件傾角較小且不易調(diào)節(jié)0.903浮箱+支架式漂浮光伏系統(tǒng)可較少浮箱用量，浮箱僅承受浮力，較大水平力由金屬支架承擔(dān)，組件傾角可調(diào)節(jié)連接節(jié)點(diǎn)多，施工較困難，設(shè)計(jì)時(shí)需考慮波浪對(duì)漂浮系統(tǒng)影響，合理設(shè)計(jì)鉸接體系1.104浮筒+支架式漂浮光伏系統(tǒng)相比普通浮體用料更省，抗風(fēng)浪能力強(qiáng)，可適用于