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地面光伏电站中螺旋钢桩的应用
2017-08-10 10:43:07   来源:计鹏新能源   作者:张龙采编  点击:

目前地面电站中光伏支架的基础,基本用的都是钢筋混凝土灌注桩基础,很少用到螺旋钢桩基础,下面小编就为大家介绍一下这个“熟悉的陌生人”,供大家在做光伏支架基础选型时参考。

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一、螺旋钢桩的种类

螺旋钢桩是一种具有复杂几何表面的异型桩,由中心钢轴与若干个螺旋叶片连接组成。根据叶片布置形式一般分为分层叶片式螺旋钢桩和连续叶片式螺旋钢桩。

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图一:双叶片桩

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图二:连续叶片桩

二、螺旋钢桩的优点

针对光伏支架传统的钢筋混凝土灌注桩基础须开挖土方、破坏环境、工期长、场地条件要求高、移除困难等缺点,螺旋桩具备以下优势:

(1)施工的速度快和经济性好。螺旋钢桩一般使用专用机械施工(如下图),一根螺旋钢桩可在数分钟内完成,桩基在施工后可立即使用,没有混凝土的施工、养护问题,节约单个基础人员工资消耗。且施工设备具有很强的移动性,进出场快捷费用低,并可到达任何困难地形或在狭隘的空间施工。

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图三:螺旋桩施工

(2)质量方便控制。螺旋钢桩全部在工厂生产,避免出现钢筋混凝土灌注桩施工中由于施工人员技术水平不同而造成基础工艺质量参差不齐。

(3)环境友好,回收性好。钢桩施工中无需土方开发,直接旋拧,也基本没有震动和噪音,对生态破坏最低。钢桩可以在使用后反转拔出,不遗留任何地下障碍物,场地可恢复。

(4)安装光伏组件支架的可调节性高。目前地面电站基本为山地光伏,地势多为不平坦区域,为保证光伏组件成最佳倾角,要求支架安装方便且可调节性强,因螺旋钢桩采用螺栓与支架直接连接,可调性相对混凝土预埋螺栓基础较大,减少光伏支架的安装难度。

三、螺旋钢桩存在的问题

螺旋钢桩目前存在的问题是定制标准的缺失,如螺旋钢桩计价方式、钢材、质保年限、售后服务等,均无明确的要求,导致质量服务参差不齐。此外,螺旋地桩在计价方式、钢材、质保年限等方面有着不同的“算法”,各螺旋桩厂家之间的差异较大。这种定制标准的缺失,结果导致螺旋桩的质量难以保证。

此外,光伏电站一般设计使用年限为25年,而螺旋钢桩的防腐能否保证25年,还无法验证。如果无法保证,那么运营期就会存在换桩的问题,这样就增加了运营成本。

四、螺旋钢桩的连接

螺旋钢桩主要通过螺栓、法兰盘等多种型式,可以很方便地实现与上部各类支架的连接,并可伸缩调节立柱高度。螺旋钢桩的法兰盘由一定厚度的钢片制成,与中心钢轴焊接为一体。连接法兰盘上预留有螺栓孔,便于安装时与安装机械的动力头相连,也便于和上部支撑物相连。有些桩型无法兰盘,而是在上部预留螺栓孔,在安装时用螺栓通过螺栓孔与动力头连接,安装完后也可用于与上部支撑物连接。

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图四:法兰盘连接

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图五:螺栓连接

五、螺旋钢桩的结构可靠性

结构的可靠性是指结构的安全性、适用性和耐久性,下面小编就从这三个方面为大家介绍一下螺旋钢桩的结构可靠性。

(1)螺旋钢桩的安全性

安全性主要是指螺旋钢桩的承载力问题,不发生破坏即为安全。

根据有关文献指出,螺旋钢桩叶片间距比(叶片间距/叶片直径)的变化是影响钢桩极限抗拔和抗压承载力的一个重要因素。根据试验研究,叶片间距比 S/D=3~4 时桩的极限承载力达到最优。对光伏基础常用的小型螺旋钢桩,建议采用 S/D=3 的叶片间距。双叶片桩的抗拔和抗压承载力随叶片直径(叶片直径平方)增大而增加,并呈近似的线性关系。从承载力的角度双叶片桩优于连续叶片桩,且具有一定的施工优势。螺旋桩单桩承载力的抗压设计值≤10KN,抗拉设计值≤20KN即满足设计要求。《光伏发电站设计规范》也对螺旋桩做出了规定,但只对叶片厚度和宽度做出了规定:螺旋桩的钢管壁厚不应小于4mm,叶片外伸宽度(直径)大于后者等于20mm时,叶片厚度应大于5mm,叶片宽度小于20mm时,叶片厚度不应小于2mm,且宽度与厚度之比不应大于30。而螺旋钢桩的桩长和钢筋混凝土灌注桩长度一样,一般为2m左右。

(2)螺旋钢桩的适用性

适用性主要是指螺旋钢桩的变形和裂缝问题。

由于螺旋钢桩本身的强度比较高,且光伏支架系统对螺旋钢桩荷载作用并不是特别大,螺旋钢桩一般不会出现过大变形及裂缝问题。

(3)螺旋钢桩的耐久性

耐久性主要是指螺旋钢桩的防腐问题,这是螺旋钢桩重要的问题。

目前光伏电站中金属构件防腐,一般都采用热镀锌防腐处理措施。根据《光伏发电站设计规范》,螺旋桩当采用热镀锌防腐处理时,镀锌厚度应符合现行国家标准《金属覆盖层 钢铁制件热浸镀锌层技术要求及实验方法》GB/T 13912的规定,根据该规定,其镀锌厚度最小应满足如下要求:

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虽然有其他标准规定,但螺旋钢桩的防腐要满足光伏电站25年的设计使用年限要求,还有待时间的检验。

六、螺旋钢桩的使用范围

根据以上的介绍,《光伏发电站设计规范》也给出了螺旋桩推荐使用的范围:当场地地下水位低、稳定持力层埋深大、冬季施工、地形起伏大或者对场地生态恢复要求高时,支架的基础可采用螺旋桩。

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