光伏电站组件支架沙地混凝土灌注桩基础施工技术研究与应用

杨卫

中国水电建设集团十五工程局有限公司 陕西 咸阳 712000

随着光伏发电产业的快速发展，特别是青海、甘肃、新疆、西藏等日照资源丰富的西北地区，光伏电站的发展已经形成了相当成熟的产业链条。如青海省近几年已建成及未来几年计划新建的光伏电站年发电规模总量保持在1000MWp以上。如何适应光伏产业的快速发展，如何高效率、高质量的完成光伏电站土建施工部分，这就需要我们不断的摸索、创新，寻求新技术、研究新工艺、制定新流程、配备新装备、应用新材料，以满足光伏产业的快速发展。为此，我们依托国电投格尔木光伏电站Ⅳ标A包土建工程，成立了该项目施工的科研课题小组，进行了大量的摸索、创新。针对本工程在荒漠沙地区域，工期紧，施工强度高，测量任务重，造孔难度大，灌注桩浇筑和螺栓预埋安装质量难以保证等的施工特点，经过研究和现场试验总结提出了灌注桩浇筑采用测量定位--造孔--放置套管--下放钢筋笼--浇筑混凝土-- 安装预埋件-- 养护施工工艺，并在灌注桩施工过程中提出4个创新点。全面掌握了荒漠沙地条件下组件支架基础混凝土灌注桩的施工流程和施工方法，使格尔木光伏电站的各主要节点目标得以按期实现，组件支架基础混凝土灌注桩施工质量完全满足设计要求，整体施工质量良好。

1 工程概况

青海格尔木光伏电站工程场址区位于格尔木市以东30km处荒漠沙地上，占地面积约为2.5km2。海拔高程在2800m-2900m之间。总装机容量为200MWp，工程的主要任务是发电。场址区场地开阔、地势平坦。交通便利，运输方便。

格尔木光伏电站Ⅳ标A包电池阵列由24个1MWp子方阵组成，组件支架混凝土灌注桩基础共计42144个，灌注单桩总长度1.6m，桩身入土深度1.2m-1.4m，外露不小于0.2m-0.4m，桩径0.25m。

2 成果的主要用途及研究的内容

2.1 成果的主要用途

由于格尔木光伏电站Ⅳ标A包地处荒漠沙地区域，工期紧，施工强度高，测量任务重，造孔难度大，灌注桩浇筑和螺栓预埋安装质量难以保证，采用该成果不受施工现场特殊条件的限制，施工设备简单，操作方便，成本低，生产效率高，对周边环境破坏小。有效地解决了沙地光伏电站组件支架基础灌注桩在施工中的测量任务重、造孔难度大、浇筑和螺栓预埋质量保证难等一系列根本问题。

2.2 研究的内容

2.2.1 测量放样

由于光伏电站建设周期短，施工强度大，子阵桩基础较多，采用传统的测量方法效率较低，在测量过程中无法与支架基础灌注桩混凝土浇筑的进度衔接起来。经该项目施工科研组研究采用了网格法进行整体控制测量，人工挂铅丝加密桩位的方法进行测量放线，保证了施工工期。具体施工方法如下：

1）在测量放线前，认真分析设计图纸（以蓝图为准），对图纸上标注的坐标和距离进行核算。

2）根据图纸提供的设计坐标计算每个组串支架基础的放样坐标。以子方阵左下角为起算坐标，根据电池组件支架基础详图知桩基中心距投影边线距离，计算出左下角桩基中心平面坐标。桩基之间轴线距离已知。推算出其它桩基中心平面坐标。同一子阵内其它三个角点坐标作为检核坐标，检查坐标计算是否正确。

3）利用网格定位采用徕卡全站仪TCR402进行测量控制，点位中误差控制在+5mm以内。并将其点位向两侧引出50cm，砸好引桩。

4）控制网格建立以后，用2cm长钉子砸入桩顶放样点上。同一水平面上，挂铅丝控制每个组件支架基础的纵横轴线。50m长钢尺沿铅丝按图纸尺寸量平距砸桩。

5）桩位加密完后，同一水平面上，钢尺量距检核轴线距离。量取对角线长度，与设计尺寸比较，进行精度确认。

2.2.2 造孔

对于光伏电站组件支架基础混凝土灌注桩施工，不可避免的要遇到造孔问题。但在荒漠沙荒地上造孔，沙层较厚不密实，大型设备无法行走而且造孔定位难度很大。为了满足光伏电站支架基础灌注桩造孔达到设计要求，本工程灌注桩造孔采用汽油螺旋机进行钻孔。为了保证已造成的孔不再坍塌，造孔完成后立即下放比孔径小2cm套管，套管比孔深长20cm。具体施工方法如下：

1）由于荒漠沙荒地为盐碱地，造孔前1小时对孔周围进行浸水湿润，使得砂土固结，避免造孔出现塌孔，提高造孔效率。

2）根据测量放样出的孔位中心，将汽油螺旋钻的钻头对准孔心，用垂球或水平尺分别从不同的角度控制钻孔垂直度，进行造孔。造孔完成后及时检测垂直度和深度，发现问题及时处理，使其符合设要求。造孔时采用自行研制的手摇钻机、洛阳铲均为一人操作，造一个孔平均用时15-20min,采用经改进后的手扶式汽油机螺旋钻机造孔，虽需两人密切配合操作，但造孔速度快，造一个孔平均用时只2-3min 。采用汽油螺旋钻机造孔时要及时清理孔周围的砂土，以免孔周围砂土调入孔内，造成孔的深度达不到设计要求。经过观察对比，为了提高功效，我们最终选择采用手扶式汽油螺旋钻机进行造孔，高峰期利用10台手扶式汽油螺旋钻机造孔，每日完成造孔2000根（3200m）以上。

3）每一桩孔完成后，对孔底洒水湿重并采用手提锤子对孔底进行夯实，同时下放套管并对该孔进行防护，避免风沙飞扬影响孔深，造成再次清孔。

4）机械成孔要求在孔深满足要求的条件下，在利用测绳或钢尺检验组串间排距的同时，必须增加对角线检验方式，保证桩孔中心偏差不得超过10mm。

2.2.3 钢筋制作安装

为了能够满足组件支架基础灌注桩钢筋加工进度要求，保证质量。组件支架基础灌注桩钢筋笼在综合钢筋厂进行制作。钢筋材料的采购、运输、验收和保管都要经过严格把控，对钢筋进行进厂材质检验和验点入库，每批钢筋均要附有产品质量证明书及出厂检验单，在使用前，分批进行钢筋机械性能试验。钢筋笼采用人工制作，制作时严格按照设计图纸进行，钢筋的直径、长度、数量等要符合规范要求。

制作成的钢筋笼经过验收合格后采用工程车拉运至施工现场，安装时如发现钢筋笼变形，应当及时拆除进行处理并采用加固措施，为了确保保护层厚度，需在骨架筋外侧主筋上焊接定位钢筋环，安装时为了保证钢筋笼的垂直度，钢筋笼要对准孔的中心放入孔内并加固牢靠。如浇筑混凝土过程中发现钢筋笼安装位置有偏移现象，人工及时进行调整。

2.2.4 灌注桩混凝土浇筑

组件支架基础混凝土灌注桩在浇筑时，为了保证已造成的孔不再坍塌，浇筑灌注桩混凝土时不带入沙土造成断桩，经该项目施工科研组研究后采用了提升套管法浇筑方案，即灌注桩在造孔完成后需立即下放套管，浇筑混凝土时缓慢提升套管（详见图1），确保灌注桩混凝土始终在套管里连续进行浇筑，防止孔周围砂土流入，影响混凝土灌注桩的施工质量。具体施工方法如下：

图1 提升套管法浇筑混凝土灌注桩

1）混凝土采用JS500拌合机集中拌制，混凝土拌制前必须对进场的水泥、粗细骨料和水质进行检测，杜绝不合格材料进行施工现场。拌制时严格按照试验室已批复的施工配合比进行，重点控制好混凝土中四种材料用量之间三个对比关系（水灰比、砂率和骨浆比）。拌制时间一般控制在3-5min，保证混凝土质量保证符合各项技术指标。

2）混凝土采用工程车或小型装载机拉运到施工现场，卸料到设置在施工作业面的钢板槽内，人工进行入仓。

3）组件支架灌注桩基础的混凝土采用提升套管法浇筑方法。地面外漏部分的桩柱（20-40cm）采用直径为25cm的PVC管做为模板继续进行浇筑。混凝土浇筑时每层铺料厚度控制在20-30cm以内；振捣采用φ30软轴插入式振捣器振捣，振捣时要求插入下层混凝土深度不小于5cm，振捣时间控制在15s-20s，振捣按要求快插慢拔。不允许有漏振和过振现象出现，以免降低混凝土强度，影响混凝土质量。

2.2.5 埋件安装

根据设计要求每个桩柱顶部预埋两个直径为12mm螺栓以便和支架进行连接，螺栓埋设精度高程偏差不大于5mm，水平偏差不大于5mm。组件支架基础顶部螺栓预埋时最初采用传统的测量放桩，人工挂线控制轴线和高程预埋方式。经过质量检测发现有小部分电池组串支架单元的螺栓高程和轴线偏差大于设计偏差值，超出螺栓设计埋设精度。加上传统的施工方法效率较低，在施工过程中无法与支架基础及组件安装的进度衔接起来，严重影响光伏电站整个工程的总体进度。经过该项目施工科研组认真调查分析后认为造成组件支架基础螺栓埋设精度偏差过大的原因除了作业人员的责任心差外主要是施工方法不当。没有控制埋设螺栓高程和轴线的有效控制措施。随后采用模具结合测量放样，人工挂线的方法控制螺栓埋设精度，保证了施工质量和施工工期[1]。具体施工方法如下：

（1）预埋螺栓施工模具的使用

预埋螺栓施工模具在使用前，首先在模具和组串支架基础灌注桩上标出控制的纵横轴线，然后将预埋螺栓外漏部分带上螺母固定在模具上。组件支架基础混凝土浇筑过程中将预埋螺栓施工模具和固定好的螺栓沿标注后的支架基础灌装桩的纵横轴线进行放置，使模具的纵横轴线和单个组串纵横轴线重合，高程采用水准仪进行测量，挂线控制高程。螺栓预埋完成后，退出预埋螺栓施工模具上的螺母，卸下模具。待每个组串基础混凝土桩柱顶部收面后，在混凝土初凝前再将模具套在组串支架基础的预埋螺栓上进行校核。

（2）预埋螺栓精度的调整

组件支架基础预埋螺栓安装完毕后，在混凝土初凝前安排质量人员逐个进行检查，发现预埋螺栓轴线和高程不符合设计要求的及时采用预埋螺栓施工模具再次进行校核调整，同时做好预埋螺栓的保护工作，防止螺栓丝口损坏。

2.2.6 灌注桩的养护

组件支架灌注桩混凝土浇筑完毕后，及时进行洒水养护，采用塑料薄膜覆盖，避免太阳光暴嗮，使混凝土表面经常保持湿润，养护时间不得少于14天。

3 关键技术和创新点

1）本工程测量放样采用了网格法进行整体控制测量，人工挂铅丝加密桩位的方法进行测量放线，加快了测量放样速度，即保证了精度，又降低了成本。还满足了组件支架基础灌注桩混凝土浇筑施工进度。

2）本工程灌注桩造孔采用手扶式汽油螺旋机，造孔原理将被切削下的土料采用螺旋钻机的叶片逐渐输送到地面，一次成孔。为了保证已造成的孔不再坍塌或地面浮沙进入，造孔完成后立即下放套管，套管比孔深长20cm。该成果设备简单，操作方便，制作成本低、维修方便、生产效率高。对周边环境破坏小。有效地解决了沙地成孔难、效率低、质量难以保证的根本问题。

3）本工程组件支架基础混凝土灌注桩在浇筑时，为了保证已造成的孔不再坍塌，混凝土灌注桩的浇筑采用提升套管法浇筑工艺，即边浇筑混凝土边提升套管。浇筑到地面后，外露部分（20~40cm）采用直径为25cm的PVC管做为模板继续进行浇筑，成型后的桩柱外观质量满足规范要求。

4）本工程在组件支架基础螺栓预埋安装工程中采用了预埋螺栓模具的辅助施工，在保证组件支架基础螺栓埋设精度的前提下保证了预埋螺栓的施工质量，加快施工进度。

4 成果研究及经验总结

青海格尔木光伏电站场址位于荒漠沙地区域，为了能够在保证质量和安全的前提下提前完成了组件支架基础混凝土灌注桩的施工任务，专门成立了该项目施工的科研课题组，针对荒漠沙地光伏电站组件支架基础混凝土灌注桩浇筑，经过研究和现场试验全面掌握了荒漠沙地条件下组件支架基础混凝土灌注桩的施工工艺，经过课题组的研究，灌注桩浇筑采用了测量定位--造孔--放置套管 --下放钢筋笼--浇筑混凝土--安装预埋件--养护施工工艺，并在灌装桩施工过程中提出4个创新点。使格尔木光伏电站的各主要节点目标得以按期实现，组件支架基础混凝土灌注桩施工质量完全满足设计要求，整体施工质量良好。

该研究成果是对地处荒漠沙地区域光伏电站组件支架基础混凝土灌注桩的施工技术进行了全面分析和总结，提出如下结论，以供类似特殊气候条件下光伏电站组件支架基础灌注桩的设计、施工、研究借鉴。

1）光伏电站组件支架基础工程数量大，施工强度高，工期短，采用了网格法进行整体控制测量，人工挂铅丝加密桩位的方法进行测量放线，能够加快测量放样速度，保证精度，降低了成本。满足组件支架基础灌注桩混凝土浇筑施工进度。

2）光伏电站的组件支架基础需在荒漠沙地上造孔，沙层较厚且不密实，大型设备无法行走而且造孔定位难度很大。为了保证施工进度和施工质量，同时又能降低成本。采用汽油式螺旋钻机造孔。在造孔期间为了保证已造成的孔不再坍塌或地面浮沙进入，造孔完成后立即下放套管，套管比孔深长20cm。

3）在荒漠沙地上浇筑光伏电站支架基础灌注桩混凝土，为了保证已造成的孔不再坍塌，浇筑灌注桩混凝土时不带入沙土造成断桩，采用提升套管法浇筑方法，即灌注桩混凝土浇筑随着高度的增加缓慢提升套管，确保灌注桩混凝土始终在套管里连续进行浇筑，保证了灌注桩的施工质量。

4）组件支架基础螺栓预埋安装工程中采用预埋螺栓模具的辅助施工，在保证组件支架基础螺栓埋设精度的前提下保证预埋螺栓的施工质量，加快施工进度。