山地光伏钢管桩基础固定支架立柱的下料方法

高全全，马毅乐，徐海军

(西北水利水电工程有限责任公司，西安 710000)

0 引言

近年来，光伏电站的站址基本上都位于山地地区，尤其是在南方地区，而大部分山地的东西方向和南北方向都有坡度。若光伏组件采用固定支架时，在平地光伏电站的设计中，钢管地锚桩基础的深度和钢管外露高度一般都是一致的；但在山地光伏电站中，光伏组件支架基础在采用机械成孔钢管地锚桩(下文简称“钢管桩”)基础形式时，由于地势不平存在坡度，若想保证每个组串中的光伏组件必须安装在同一水平面上，每根前、后立柱的长度需采用不同值，长度随着地形的变化而变化，桩基础顶部高程有高有低。因此，探索高效而又准确的钢管立柱下料方法，对加快山地光伏电站的施工进度、降低施工成本具有重要意义。

目前，大多工程项目通过采用水准仪、全站仪等仪器测量的方法来获取钢管立柱下料数据。虽然采用测量仪器的测量精度较高，但该方法需要配备专业的测量人员，且在每个钢管桩上需要另外安排人员立标尺或棱镜进行辅助；此外，受山地地形影响，仪器通视条件还会受到限制，这些因素造成使用仪器测量的方法成本高且效率低。本文通过对工程实践进行总结，探索了利用简单的工具和方法来解决山地光伏电站采用固定支架时钢管立柱下料的效率问题。

1 山地光伏电站的固定支架结构及钢管桩基础结构

本工程装机容量为50 MWp，采用265 W多晶硅光伏组件，为2×11阵列，前、后排各4根桩基础，共需浇筑68616根桩基础，即前、后钢管立柱各为34308根，且每根钢管立柱的长度可能都不一致。

本方法所采用的固定支架结构立面示意图如图1所示。

本方法采用的钢管桩基础结构示意图如图2所示。该种基础预埋了较大直径的钢管，钢管立柱插入钢管用螺栓固定连接。

图1 固定支架结构立面示意图Fig.1 Structural elevation diagram of fixed bracket

图2 钢管桩基础结构示意图Fig.2 Structural elevation diagram of steel-pipe pile foundation

2 固定支架钢管立柱下料工艺的原理及流程

2.1 工艺原理

采用固定支架时，钢管立柱下料工艺的原理示意图如图3所示。

图3 钢管立柱下料方法的原理Fig.3 Cutting principle of steel-pipe pole

由图3可知，在每个组串前、后排两端钢管桩基础的预埋钢管内插入自制立杆(一般用木杆)，将线绳系在前排立杆A1、A2位置，A1、A2点的距地高度为h(根据实际工程中事先设定好的固定值)，分别以A1、A2点为顶点，用角度控制仪确定线绳在后排立杆上的位置B1、B2，A1B1、A2B2的水平角即为设计的支架固定倾角α；将B1、B2点用线绳连接，然后用直尺测量每根钢管桩桩顶距线绳的高度hi，边量边记录，记录前要根据子阵和组串的位置对每根立杆进行统一编号，在下料时将此编号标注在立杆上，以便对应安装，下标i即代表立杆的序号。测量并记录完hi后，即可计算出每根立杆的下料长度Hi，公式为：

式中，H为前立柱的设计高度，m；h0为基础预埋钢管外露高度，m。

若在同一方向有多个组串，可以采取在2个相邻组串间增加立杆的方式固定拉线，然后同时测量，这样可以大幅提高测量效率。

2.2 工艺流程及操作要点

2.2.1 工艺流程

本文设计的钢管立柱下料工艺的流程如图4所示。

图4 钢管立柱下料方法的流程Fig.4 Cutting process of steel-pipe pole

2.2.2 操作要点

本下料方法每个步骤的操作要点主要为：

1)施工准备。准备好施工所用立杆(竹杆或木杆)、线绳、尺子、角度控制仪(自制，如图5所示)、靠尺、钢管切割机等工具和仪器，并对拟测量立柱高度的组串按照子阵及组串的位置进行统一编号。

图5 自制角度控制仪Fig.5 Self-made angle controlling instrument

2)立杆安装。将立杆插入钢管桩基础的预埋钢管内，每个组串前、后两端各1根；然后使用靠尺将立杆调整成与水平面垂直。

3)前排立杆线绳的定位与固定。立杆调整为与水平面垂直后，在立杆上固定线绳，并将线绳调整至设定位置，即事先设定好的固定高度。

4)后排立杆线绳的定位与固定。前立杆线绳调整到位后，以线绳与立杆的交点为顶点利用自制角度控制仪确定后立杆上线绳的位置，并将线绳调整到位后固定，此时角度为设计的支架固定倾角。

5)桩顶到线绳的高度测量。利用尺子测量出各桩顶到线绳的高度，并按编号记录。

6)布料与下料。利用测量的数据及相关设计数据换算出各钢管立柱的长度，并进行布料；布料时要合理搭配，尽量提高钢管的利用率；同时在各钢管立柱上用记号笔写上编号，然后进行下料。

7)成品立柱堆放。每个组串的钢管立柱下料完成后，以组串为单位分别堆放，待安装时使用；也可以边下料边将钢管立柱运至现场，摆放在要安装钢管立柱的组串前面。

2.2.3 工艺要求

工艺要求具体为：1)立杆安装时必须与水平面垂直。2)前、后立杆线绳位置一定要准确，并系紧拉直。3)前、后立杆系线绳处连线的倾角与设计的支架固定倾角的偏差应控制在±0.5°以内。4)测量桩顶到线绳的高度时，直尺要保持与水平面垂直。5)成品钢管立柱上的编号一定要与记录编号保持一致。6)下料前要根据测量数据与相关设计数据统筹布料，以提高钢管利用率。7)成品钢管立柱以组串为单位堆放，以免混淆。

3 方法特点

1)工艺简单，操作方便。从工艺流程可以看出，本方法的工艺简便，只要对施工人员进行简单的培训即可操作。

2)使用的工具简便，易掌握，推广应用价值高。本方法所用立杆、靠尺、角度控制仪等工具皆可自制，不但可节约成本，而且简便实用，并有很高的推广应用价值。

3)所需人员少，效率高，施工成本小。本方法在测量时只需2～3人配合操作即可，可根据施工进度要求来配置下料人员数。经工程实践证明，施工效率较高，施工成本小。

4)通过数据的合理组合，可有效提高钢管的利用率。由于采购的成品钢管的长度是统一的，在下料时难免有一部分钢管将成为废料。利用本下料方法制成的料表，下料人员可通过合理搭配，有效减少钢管材料的浪费，提高钢管的利用率。

4 结论

本文针对山地光伏电站采用钢管桩基础固定光伏支架，设计了一种简单易行的下料方法，可高效完成下料作业。该方法是从工程实践中不断总结完善而来，鉴于其简单、高效等特点，在采用钢管桩基础固定支架的山地光伏电站施工中具有很好的推广应用价值。