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摘要：单个光伏电站中光伏支架基础形式单一，数量很大，采用合理的支架形式对工程总造价有着重要的影响。如何优化支架基础设计，降低造价，成为光伏电站工程土建设计的重点。本文将阐述太阳能光伏发电工程中光伏支架的基础选型及优化设计。
关键词：光伏发电；光伏支架基础；螺旋桩
1 前言
太阳能项目是近几年国家大力支持的行业，土建专业在地面光伏行业内工程量最大、优化空间最多的为光伏支架基础设计。单个光伏电站中光伏支架基础形式单一，数量很大，采用合理的支架形式对工程总造价有着重要的影响。如何优化支架基础设计，降低造价，成为光伏电站工程土建设计的重点。本文结合实际工程经验，分别探讨不同形式光伏支架基础的特点和形式选择。
2 地面支架基础类型总结
2.1常见基础形式
建于地面的光伏电站，常用支架基础形式主要有以下几种：
1）钢筋混凝土独立基础
混凝土独立基础形式简单，应用广泛，需进行场地平整后施工，存在挖方填方工作量。
2）钢筋混凝土预制桩基
用于太阳能工程的预制桩基，桩径一般在250～400，桩长1.5m～2.5m；因存在抗拔力，桩内需配置纵向钢筋，箍筋可采用螺旋箍。预制桩在地面批量预制成桩后，采用静压或夯入地基内，桩头需采取加强措施，多用于淤泥质土、粘性土、填土、湿陷性黄土。施工不存在填挖方，仅需简单场平。淤泥质土为增加摩阻力，提高承载力，减少沉降量，多用预制管桩。
3）钻孔灌注桩基础
钻孔灌注桩，桩径250～400，桩长1.5m～2.5m；桩内配置纵向钢筋，箍筋采用螺旋箍。放入提前绑扎好钢筋笼。施工时采用钻孔设备在地面钻孔后，高出地面部分支模，预埋铁件后浇注混凝土，适用于一般填土、粘性土、粉土。砂土地基成孔困难，存在塌孔现象，如果在成孔处洒水湿润后能避免塌孔，也可使用。此类桩施工快，顶标高宜控制，不存在填挖方工程，仅需简单场平，是工程中采用较多的一种基础形式。
4）螺旋桩
此类桩为支架厂家制作成品钢管型材桩，由专业打桩设备打入地基。适用于沙漠、草原、滩涂、戈壁、冻土等地质条件环境。此类桩不受地下水影响，在冬季气候条件下照常施工，施工快，标高调整灵活，对自然环境破壞很小，不存在填挖方工程，不需要场平。但造价相对较高，不适于有强腐蚀性地基及岩石地基。
2.2 基础形式比选表
分 项
方 案 工程量 优点 缺点 施工工艺 总造价
（10MW）
独立基础 混凝土6613.38立方米，钢筋264.54吨，基础顶埋件134.2吨 常规做法，结构形式简单 需要挖方，支模，场地平整，工期较长，对植被有破坏 基础开挖后--支模--绑钢筋--浇注混凝土 689.57万
（不含场地平整）
预制桩基础 混凝土2668立方米，钢筋107吨，基础顶埋件134.2吨 施工较快，造价低，需简单场地平整 桩顶需采取加强措施，如遇卵石层，打桩困难 批量预制--专用设备打桩 585万
（不含场地平整）
钻孔灌注桩基础 混凝土2668立方米，钢筋107吨，基础顶埋件134.2吨 施工较快，造价低 需要专用设备钻孔，遇砂层较难成孔 成孔--下钢筋笼--地面支模—灌混凝土 575.36
（不含场地平整）
螺旋桩基础 螺旋状共18788根 施工快，环境破坏较小。 造价较高，不适用于腐蚀性强的地基 钻入土层 770万
注：本表仅作为比选结果的定性分析，不能作为投资估算的依据。
2.3 综述
综上所述，预制桩基础与钻孔灌注桩基础造价基本一致，在地质条件允许的情况下应优选采用。螺旋桩相对钻孔灌注桩造价稍高，但螺旋桩有施工快，对环境影响较小等优点。在对环保要求较高，投资允许的情况下，可优先采用。
3、光伏支架荷载核算
太阳能电池板的自重、风荷载、雪荷载、地震荷载、温度荷载通过太阳能支架传至传至基础顶面。因温度变化产生的温度荷重仅存在于焊接结构的较长支架中，本工程支架与基础采用锚栓连接，温度荷重可忽略不计。下面以某项目为例介绍支架基础计算过程。
3.1 风荷载
根据《建筑结构荷载规范》（2006年版）GB50009-2001中规定
3.2 雪荷载
根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2001中规定
3.3 静荷载
组件重量G1=20kgX6=1.2KN；支架重量G2=1kN；G=G1+G2=2.2KN
3.4计算荷载设计值
（1）竖向力
a：顺风荷载：F竖=1.2×G+1.4×Wk×S×cos34°=1.2×2.2+1.4×0.56×10×cos34°=9.2KN
b：顺风荷载+雪荷载：F竖=1.2×G+1.4×Wk×S×cos34°+1.4×0.7×Sk×S×cos34°
=1.2×2.2+1.4×0.56×10×cos34°+1.4×0.7×0.128×10×cos34°=10.2KN
c：逆风荷载：F竖=1.0×G+1.4×Wk×S×cos34°=1.0×2.2+1.4×（-0.56）×10×cos34°=-4.3KN
（2）水平力
d：风荷载：F风=1.4×Wk×S×sin34°=1.4×0.56×10×sin34°=4.4KN
计算竖向作用时，承载力计算采用b：顺风荷载作用+雪荷载，计算上拔力时采用c：逆风荷载作用。支架每个支墩荷载为：竖向压力5.1KN；竖向拔力2.15KN，水平力2.2KN。力的作用图如下：
4 支架基础受力核算
以某项目为例，当采用钻孔灌注桩基础时基础的受力核算。初步拟定埋深1200mm，直径250mm。依据地勘报告第一层土风积砂为自然沉积，此部分桩侧阻力不计入，最不利层厚0.3m。第二层土粉砂最不利层厚0.9m。依据《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008中规定，桩基承载力核算如下：
竖向压力：
桩承载力：
； ； ； ；
； ； ；满足设计要求。
竖向拔力核算： ； ；
满足设计要求。
参考文献：
[1]建筑结构荷载规范GB50009-2012. 中国建筑工业出版社，2012
[2]建筑地基基础设计规范GB50007-2011.中国建筑工业出版社，2011
[3]光伏发电站设计规范GB50797-2012.中国计划出版社，2012
关键词：光伏发电；光伏支架基础；螺旋桩
1 前言
太阳能项目是近几年国家大力支持的行业，土建专业在地面光伏行业内工程量最大、优化空间最多的为光伏支架基础设计。单个光伏电站中光伏支架基础形式单一，数量很大，采用合理的支架形式对工程总造价有着重要的影响。如何优化支架基础设计，降低造价，成为光伏电站工程土建设计的重点。本文结合实际工程经验，分别探讨不同形式光伏支架基础的特点和形式选择。
2 地面支架基础类型总结
2.1常见基础形式
建于地面的光伏电站，常用支架基础形式主要有以下几种：
1）钢筋混凝土独立基础
混凝土独立基础形式简单，应用广泛，需进行场地平整后施工，存在挖方填方工作量。
2）钢筋混凝土预制桩基
用于太阳能工程的预制桩基，桩径一般在250～400，桩长1.5m～2.5m；因存在抗拔力，桩内需配置纵向钢筋，箍筋可采用螺旋箍。预制桩在地面批量预制成桩后，采用静压或夯入地基内，桩头需采取加强措施，多用于淤泥质土、粘性土、填土、湿陷性黄土。施工不存在填挖方，仅需简单场平。淤泥质土为增加摩阻力，提高承载力，减少沉降量，多用预制管桩。
3）钻孔灌注桩基础
钻孔灌注桩，桩径250～400，桩长1.5m～2.5m；桩内配置纵向钢筋，箍筋采用螺旋箍。放入提前绑扎好钢筋笼。施工时采用钻孔设备在地面钻孔后，高出地面部分支模，预埋铁件后浇注混凝土，适用于一般填土、粘性土、粉土。砂土地基成孔困难，存在塌孔现象，如果在成孔处洒水湿润后能避免塌孔，也可使用。此类桩施工快，顶标高宜控制，不存在填挖方工程，仅需简单场平，是工程中采用较多的一种基础形式。
4）螺旋桩
此类桩为支架厂家制作成品钢管型材桩，由专业打桩设备打入地基。适用于沙漠、草原、滩涂、戈壁、冻土等地质条件环境。此类桩不受地下水影响，在冬季气候条件下照常施工，施工快，标高调整灵活，对自然环境破壞很小，不存在填挖方工程，不需要场平。但造价相对较高，不适于有强腐蚀性地基及岩石地基。
2.2 基础形式比选表
分 项
方 案 工程量 优点 缺点 施工工艺 总造价
（10MW）
独立基础 混凝土6613.38立方米，钢筋264.54吨，基础顶埋件134.2吨 常规做法，结构形式简单 需要挖方，支模，场地平整，工期较长，对植被有破坏 基础开挖后--支模--绑钢筋--浇注混凝土 689.57万
（不含场地平整）
预制桩基础 混凝土2668立方米，钢筋107吨，基础顶埋件134.2吨 施工较快，造价低，需简单场地平整 桩顶需采取加强措施，如遇卵石层，打桩困难 批量预制--专用设备打桩 585万
（不含场地平整）
钻孔灌注桩基础 混凝土2668立方米，钢筋107吨，基础顶埋件134.2吨 施工较快，造价低 需要专用设备钻孔，遇砂层较难成孔 成孔--下钢筋笼--地面支模—灌混凝土 575.36
（不含场地平整）
螺旋桩基础 螺旋状共18788根 施工快，环境破坏较小。 造价较高，不适用于腐蚀性强的地基 钻入土层 770万
注：本表仅作为比选结果的定性分析，不能作为投资估算的依据。
2.3 综述
综上所述，预制桩基础与钻孔灌注桩基础造价基本一致，在地质条件允许的情况下应优选采用。螺旋桩相对钻孔灌注桩造价稍高，但螺旋桩有施工快，对环境影响较小等优点。在对环保要求较高，投资允许的情况下，可优先采用。
3、光伏支架荷载核算
太阳能电池板的自重、风荷载、雪荷载、地震荷载、温度荷载通过太阳能支架传至传至基础顶面。因温度变化产生的温度荷重仅存在于焊接结构的较长支架中，本工程支架与基础采用锚栓连接，温度荷重可忽略不计。下面以某项目为例介绍支架基础计算过程。
3.1 风荷载
根据《建筑结构荷载规范》（2006年版）GB50009-2001中规定
3.2 雪荷载
根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2001中规定
3.3 静荷载
组件重量G1=20kgX6=1.2KN；支架重量G2=1kN；G=G1+G2=2.2KN
3.4计算荷载设计值
（1）竖向力
a：顺风荷载：F竖=1.2×G+1.4×Wk×S×cos34°=1.2×2.2+1.4×0.56×10×cos34°=9.2KN
b：顺风荷载+雪荷载：F竖=1.2×G+1.4×Wk×S×cos34°+1.4×0.7×Sk×S×cos34°
=1.2×2.2+1.4×0.56×10×cos34°+1.4×0.7×0.128×10×cos34°=10.2KN
c：逆风荷载：F竖=1.0×G+1.4×Wk×S×cos34°=1.0×2.2+1.4×（-0.56）×10×cos34°=-4.3KN
（2）水平力
d：风荷载：F风=1.4×Wk×S×sin34°=1.4×0.56×10×sin34°=4.4KN
计算竖向作用时，承载力计算采用b：顺风荷载作用+雪荷载，计算上拔力时采用c：逆风荷载作用。支架每个支墩荷载为：竖向压力5.1KN；竖向拔力2.15KN，水平力2.2KN。力的作用图如下：
4 支架基础受力核算
以某项目为例，当采用钻孔灌注桩基础时基础的受力核算。初步拟定埋深1200mm，直径250mm。依据地勘报告第一层土风积砂为自然沉积，此部分桩侧阻力不计入，最不利层厚0.3m。第二层土粉砂最不利层厚0.9m。依据《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008中规定，桩基承载力核算如下：
竖向压力：
桩承载力：
； ； ； ；
； ； ；满足设计要求。
竖向拔力核算： ； ；
满足设计要求。
参考文献：
[1]建筑结构荷载规范GB50009-2012. 中国建筑工业出版社，2012
[2]建筑地基基础设计规范GB50007-2011.中国建筑工业出版社，2011
[3]光伏发电站设计规范GB50797-2012.中国计划出版社，2012