自动沉桩技术在光伏电站建设中的应用研究

何银涛，黄 华，汪婷婷

（特变电工新疆新能源股份有限公司，陕西 西安 710119）

自动沉桩技术在光伏电站建设中的应用研究

何银涛，黄 华，汪婷婷

（特变电工新疆新能源股份有限公司，陕西 西安 710119）

目前，自动沉桩技术的实现主要是通过将桩点定位系统、桩顶标高检测系统、静压沉桩系统等与静压沉桩机械有机结合，组成自动沉桩机，达到桩点自动定位、沉桩操作自动化的目的，而且此类沉桩机主要针对钢桩的沉桩施工，比如H型钢、槽钢、“几”字型钢等截面形式的钢桩，特别适用于大型地面光伏电站大量光伏支架基础的沉桩施工，以提高效率和施工质量。主要对应用于光伏电站建设的自动沉桩技术进行研究，分析其技术特点和优势，总结其适用范围，并对比自动沉桩技术与传统沉桩方案，为提高光伏电站沉桩效率和质量提供参考方案。

光伏电站；自动沉桩；GPS定位

1 自动沉桩技术调研概述

1.1 自动沉桩技术的成熟应用领域

根据调研的情况，自动沉桩技术常用于水运码头、跨江或跨海大桥等工程的沉桩施工，技术核心是GPS打桩定位系统的应用，此类工程沉桩施工要求实时、快速和精确的跟踪定位。GPS打桩定位系统具有全天候、高精度、自动化的显著优点，能有效地进行打桩船倾角检测、钢管桩倾角检测、桩顶标高检测、锤击数检测和贯入度计算，以及钢管桩中心位置修正等工作。

1.2 光伏行业传统沉桩设备

目前，光伏电站采用的桩基础有灌注桩、预制桩、型钢桩、螺旋桩，每种桩型的沉桩施工有配套的沉桩机，但这些沉桩机均未集成自动定位系统和自动控制系统。

2 光伏专用自动沉桩机

根据调研的情况，光伏专用自动沉桩机主要针对光伏支架钢桩基础的沉桩施工，有以下几种。

2.1 美国天宝公司（Trimble）DPS900沉桩机

美国天宝公司（Trimble）DPS900沉桩过程控制系统沉桩控制解决方案如图1所示。此系统结合沉桩施工的工艺流程，将GNSS定位技术、传感器技术和软件技术集成到沉桩机的控制系统中，组成自动沉桩机，可在沉桩工程中实现对平面位置、桩顶标高和倾角的精准控制。

2.2 意大利orteco公司1000FEX系列自动沉桩机

意大利orteco公司的1000FEX沉桩机是一款在阿尔特斯定位系统（APS-U-HDG）控制下实现无人驾驶的履带式自动沉桩机械，如图2所示。它可以沿着输入控制系统的工程地图进行沉桩，同时它可以达到厘米级水平的定位精度和小于0.3°的方向精度；它可以自动移动到每一个桩位，将桩打到要求的标高，并且保证垂直度，然后再移动到下一个桩位点进行沉桩操作。

图1 沉桩机工作示意图

图2 1000FEX自动沉桩机

2.3 德国Schletter公司GAYK液压自动沉桩机

德国Schletter公司GAYK液压自动沉桩机可打入1.2～1.8 m深度，沉桩速度快至每根不到10 s时间。该沉桩机的打入力强，即使是混凝土地面，也能将钢桩打入。该沉桩机具备GPS定位功能，可实现自动定位桩点，进行自动化施工，如图3所示。

图3 GAYK液压自动沉桩机应用情况

3 自动沉桩优劣势分析

3.1 优势

自动沉桩借助定位技术、桩顶标高自动检测技术，桩点定位精度高，桩顶标高误差小，施工质量有保证。同时，钢桩施工完成后，即可安装光伏支架，节约了灌注桩等混凝土结构的凝固时间。

表1 所示为传统施工与自动沉桩施工对比情况。

从表1可以看出，自动沉桩施工省去了放样桩点、复测、检查的环节，施工进度加快，大幅度地节约了时间成本。以单桩形式的组件支撑系统为例计算，20 MW项目共需要1 800根桩，自动沉桩施工速度比传统施工方法节约（2＋2＋3）×1800＝12 600 min＝210 h。

3.2 劣势

自动沉桩技术有以下劣势：①对地形起伏有一定的要求，适用于较为平整的地形。由于钢桩长度是统一的（桩长6 m以内），若地形起伏过大，则同组支架桩顶标高无法保证，即组件倾角无法保证。因此，山地项目及机械无法运输到达的项目不能使用。②不适用于地层浅处埋有岩石和岩层等情况。因为有岩石的情况，静压沉桩难度大，对钢桩表面防腐层造成较大损坏，影响基础耐久性。③同等设计条件下，钢桩造价比混凝土基础每根高8%以上。

4 总结

应用于光伏行业的自动沉桩技术，集中体现在自动沉桩机械的应用上，这类沉桩机特点如下：①自动沉桩机采用履带式行动机构，行动灵活，能够在碎石地、砂土地、荒草滩等各种地形上行动自如。②自动沉桩机使用的桩基础类型主要是钢桩，比如H型钢、槽钢、“几”字型钢。③自动沉桩技术的自动化集中体现在桩点定位系统的应用和桩顶标高检测系统的应用方面。定位系统采用GPS定位、架设基站传输位置信息或两者结合的方式进行，标高检测主要使用激光传感器。④最特殊的特点是，有的自动沉桩机夜间也可定位施工（比如上述提到的DPS900自动沉桩机），适用于工期紧的项目。⑤沉桩效率为每台机械每天250～300根桩，换算后为0.3～0.5 MW/d，操作人数为每个班每台机械两三人。

［1］黄剑波，荣国城.GPS打桩定位系统的安装及应用［J］.公路，2009，1（1）.

［2］姚连璧，谢义林，季惠丽.智能全站仪打桩定位模型及其实现［J］.同济大学学报（自然科学版），2014，8（38）.

U445.55+1

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.20.072

2095－6835（2017）20－0072－02

〔编辑：刘晓芳〕