光伏基礎選型綜述

光伏基礎選型綜述摘要：本文針對屋頂、地面、水面等多種光伏形式特點，結合作者參與的多個實際項目方案編制中的經驗，對光伏支架基礎的選型流程進行總結與綜述，為后續(xù)相關項目提供參考。1引言近年來，隨著技術成熟、成本降低以及國家“雙碳”政策的落地，各地光伏項目逐漸增多。針對項目場址形式，光伏支架基礎形式主要包括屋面連接固定、混凝土配重塊基礎、漂浮式基礎、樁基礎等幾種。2直接連接或配重塊基礎屋面光伏的固定形式分為連接件固定、附加結構固定、混凝土配重塊等。對于采用直立鎖邊或角馳型壓型鋼板的輕鋼屋面、預留埋件的混凝土平屋面，或承載力較低的屋面，如輕鋼結構屋面或采用預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，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。安裝光伏組件后對廠房的通風、采光、防水、排水無影響。對于瓦屋面，若屋面檁條較為堅固且便于施工，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軌。彩鋼圍護式采用鍍鋅鋼構件搭建支架，基礎采用植筋、膨脹螺栓固定，南坡鋪設光伏板，其余三面用彩鋼板板圍護形成封閉空間。優(yōu)點是能充分利用屋頂空間，缺點是相較于支架固定方式造價較高。我國北方民居中單層平屋頂房屋較多，老百姓有儲藏糧食、雜物的需求，故此形式在北方農村較受歡迎。屋頂陽光房式采用鍍鋅鋼構件搭建支架，高1.8m~2.5m左右，在頂部鋪設光伏板，基礎采用膨脹螺栓、植筋等形式固定。優(yōu)點是不占用屋頂空間，缺點是鋼材用量大，相比支架固定形式造價高。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，故此形式在南方農村較受歡迎。對于混凝土平屋面、無法直接固定光伏板的鋼結構屋面、規(guī)模較小的地面光伏等，常采用混凝土配重塊基礎?；炷廖蓓斠话悴捎没炷僚渲貕K作為基礎，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構，而實際設計安裝過程中，這種基礎會有各種各樣的形式，如條形基礎、方形基礎、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。對于地面光伏，通常采用樁基礎固定，但對于規(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固定。3樁基礎樁基礎是地面集中光伏、漁光互補等中、大型光伏項目廣泛采用的基礎形式，各樁基礎形式的特點和適用范圍詳見下表：光伏樁基礎形式特點分析表序號基礎形式適用地基類型施工方法特點施工效率1螺旋樁大葉片螺旋樁適用于松散土壤（標貫N<8）打樁機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（標貫值N>30）潛孔機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砂潛孔機成孔放入鋼筋籠后澆混凝土、通過振動棒加密成樁。①施工工藝較相對復雜②施工速度一般3預制樁基礎適用于粘性土、砂土、粉土、季節(jié)性凍土、膨脹土沉樁設備將樁壓入（或錘入）土中。①施工工藝較相對復雜②施工速度一般③對環(huán)境影響大約60~80根/8h4型鋼樁基礎適用于粘性土、粉土地區(qū)打樁機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錨桿基礎適用于基巖出露（巖石風化程度低）地區(qū)潛孔機成孔放入錨筋后澆混凝土、通過振動棒加密成樁。①施工工藝較相對復雜②施工速度一般③適用區(qū)域受限根據(jù)上表可知，各類基礎均有其優(yōu)缺點，因此，基礎型式的擬定應結合工程實際情況，綜合考慮以下因素：支架結構型式及基礎所承受的荷載特征、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)、經濟指標、環(huán)保要求及施工工期。對工程中最常用的鉆孔灌注樁、預制樁、螺旋樁的優(yōu)缺點和在特殊地基條件下的適用性做進一步分析。鋼筋混凝土鉆孔灌注樁：成孔方便，可根據(jù)地形調整基礎頂面標高，頂標高易控制，適用于工程場區(qū)覆土層較厚的地質情況，缺點是需挖孔后灌注混凝土，導致工期較長。適用于一般填土、粘性土、粉土、沙土等。對于凍脹性地基，灌注樁無法進行減弱凍脹措施，必須加大樁長來抵抗凍拔力；對于強腐蝕性地基，灌注樁可采用增大混凝土保護層厚度，或采用抗腐蝕混凝土來增強樁基的抗腐蝕性。鋼筋混凝土預制樁：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。采用此基礎型式，施工簡單、快捷，但造價相比鋼筋混凝土鉆孔灌注樁要高，光伏支架立柱與基礎樁預留埋件采用焊接連接，沉樁采用錘壓法和靜壓法。適用于淤泥質土、粘性土、填土、濕陷性黃土等。對于凍脹性地基，預制樁可在樁周采取隔凍措施，如在凍深范圍內換填中粗砂、涂抹一層厚瀝青來減弱凍脹性；對于強腐蝕性地基，預制樁可采用抗腐蝕混凝土來增強樁基的抗腐蝕性。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，采用旋擰鉆進的方式打入地基土中。螺旋鋼樁樁頂預留螺栓孔，支架立柱與基礎采用螺栓連接。適用于沙漠、草原、灘涂、戈壁等。螺旋鋼樁基礎優(yōu)點是施工簡便，不需要澆筑混凝土，也不需要大型機械，雖造價較預制樁和灌注樁稍高，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，適用于對環(huán)保要求較高或工期緊張，投資允許的情況。對于規(guī)模較小的光伏項目，若采用灌注樁、錨樁基礎需引入大型打樁設備，導致造價提高，此時采用螺旋鋼樁也比較合適。螺旋鋼樁的缺點是不適用于密實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。當場區(qū)土壤含鹽量較高時，其中氯化鹽產生氯離子率先侵蝕鍍鋅保護層，在鍍鋅層形成氯化鋅，易對鍍鋅層產生腐蝕。螺旋鋼樁目前存在定制標準的缺失，螺旋鋼樁計價方式、鋼材、質保年限、售后服務等均無明確的要求的問題，導致質量服務參差不齊。當樁身質量難以保證時，存在鍍鋅層雜質多易脫落、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險。目前螺旋樁是否能保證25年防腐性能缺乏驗證，運營期存在換樁的問題，導致運營成本增加。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，導致用鋼量較大，整體造價較高。4漂浮式基礎對于水庫、湖泊等對于水域較深的區(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形式有浮管式、浮箱式、浮箱+支架式、浮筒+支架式幾類，下面對各類基礎的優(yōu)缺點、適用范圍、造價進行對比：水面光伏基礎形式特點分析表編號名稱優(yōu)點缺點總造價（元/瓦）1浮管式漂浮光伏系統(tǒng)受力合理，耐久性強，可按最佳傾角調節(jié)布置連接節(jié)點多，施工困難，需附加檢修走道，設計時需考慮波浪對漂浮系統(tǒng)影響，合理設計鉸接體系1.102浮箱式漂浮光伏系統(tǒng)模塊化，輕量，無支架，連接節(jié)點少，施工方便，工期短，對水面波動適應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，組件傾角可調節(jié)連接節(jié)點多，施工較困難，設計時需考慮波浪對漂浮系統(tǒng)影響，合理設計鉸接體系1.104浮筒+支架式漂浮光伏系統(tǒng)相比普通浮體用料更省，抗風浪能力強，可適用于