摘要：本文通过对地面光伏发电站场地特征、光伏支架特征及基础受力特征的分析，归纳了光伏支架常见基础形式。针对光伏电站的特征，提出了勘探工作应以查明上部土层结构特征为重点、以工程地质调查与测绘为先导、以轻便勘探设备辅以人工挖为主要手段，对光伏电站常见场地提出了经济、适用的勘探方案。
关键词：地面光伏，支架基础，勘察方案
1、引言
作为新兴能源产业，光伏电站工程属国家鼓励的绿色能源项目，近年来光伏电站发展迅猛，而光伏电站支架基础的岩土工程勘察工作一直缺乏针对性的规程、规范，直到2016年12月1日才开始执行《太阳能发电站支架基础技术规范》（GB51101-2016）中有关工程勘察条文，该规定也主要是依据《岩土工程勘察规范》衍生而来，缺乏针对性。通常，建设单位主管人员不是工程地质专业出身，经常认为没有钻探就是勘察人员在造假，给勘察单位及勘察人员带来很大困惑。因此，本文作者根据多年的实践经验，针对光伏电站场地特征及构支架结构特征，本着“技术可靠、经济节约、因地制宜、方便适用”原则，总结性的提出了常见光伏电站场地的岩土工程勘察方案。
2、光伏电站特征
2.1、上部结构荷载轻
太阳能发电站构件主要由太阳能板和光伏支架组成，其荷载主要是玻璃和支架的重量，每个平板组件的质量一般在12kg/m2～20kg/m2之间，地基承载力很容易满足要求，重要的是在风力作用下的侧向变形及上拔问题。
2.2、基础埋置深度浅
光伏电站上部结构荷载轻，基础埋深浅，地基主要受力层在浅部，浅部地基土对基础影响大，岩土工程勘察应重点查明浅部3m～5m内岩土结构及其物理力学性质。
2.3、设计、施工周期短
光伏项目从规划到投产并网，周期短，往往是边勘察、边设计、边施工，建设期不过区区2～4个月，工程地质勘察的时间非常短，勘察方案应具有“短、平、快”的特征。
3、光伏支架基础的类型及特点
光伏组件支架基础上作用的荷载主要有：支架及光伏组件自重、风荷载、雪荷载、温度荷载及地震荷载，起控制作用的主要为风荷载，基础设计应能保证在此作用力下不出现基础拔起、断裂等破坏现象。
支架基础设计与施工应考虑环境保护和水土保持要求，应减少土石方挖填，减少对地表植被和表层土的破坏，同时应考虑运营期结束后场地恢复再利用的需要，因此支架基础的选型在满足安全性和可靠性的同时，宜采用对场地平整度要求低、无需大规模场地平整、施工周期短的基础形式，目前国内采用较多的为微型短桩基础，少量采用墩柱基础，支架与基础的连接方式主要采用螺栓或焊接连接。
微型短桩桩长一般不超过2.0mm，桩径一般小于300mm，具有施工机具小，无大规模土方工程，施工振动噪声小，经济性好，适用性较广。按桩的形式可分为螺旋钢管桩、钻孔灌注桩、预应力管桩。
螺旋钢管桩采用专用小型打桩机直接旋入土层，上部光伏支架与钢管桩采用插入式螺栓连接，施工周期快，绿色环保，场地恢复时可反旋拔出，不会对环境造成永久破坏。适用于各类土质场地及全风化岩石地基，对于卵石、碎石地基，应试验沉桩可行性。
钻孔灌注桩可采用钻孔或旋挖成孔，还可采用洛阳铲、铁锹等原始工具掏挖成孔，施工机械小，生产成本低，可大面积同时作业，施工快，开挖量小，对原有植被破坏小，适用于各类地层。上部光伏支架与桩顶预埋件可采用螺栓相连或焊接。
预应力管桩可用沉桩设备将桩打入、压入或振入土中，直径小、比表面积大，单桩承载力高，施工简单，技术难度低，可批量制作，施工速度快，不存在大规模填挖方，仅需简单场平。适用于土质地基，对于碎石土类地基应试验沉桩可行性。上部光伏支架可采用定形连接件与桩顶连接或与桩顶预埋件采用螺栓或焊接相连。
4、光伏电站场地工程地质测绘和调查
地面光伏电站占地面积少则几百亩，多则几千亩，电站场地多为难以进行农、林规模种植的荒山（石头山）、荒丘陵、滩涂、山前荒地、荒漠、砂地（砂丘）等场地，场地条件较复杂性，前期工程地质调查与测绘极为重要，通过对整个拟选区域进行详尽的地质调查及测绘，对地面情况有了深入了解、对地质情况有了初步判断，为站址选择、总平面布置及后期的勘察工作奠定基础，防止方案出现颠覆性变更。
4.1、岩石出露的山地或丘陵
对于岩石出露山地或丘陵地区，应重点查明站址范围内或附近以下内容：
（1）查明地形、地貌特征及其与地层、构造、不良地质作用的关系，划分微地貌单元，进行地形地貌复杂程度分类并计算各类型所占比例。
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（2）查明岩土的年代、成因、性质及平面分布；对岩层应鉴定其风化程度，对土层应区分各种特殊性土；
（3）查明岩体结构类型，各类结构面（尤其是软弱结构面）的产状和性质，岩、土接触面和软弱夹层的特性等；
（4）查明地下水的类型、补给来源、排泄条件，井泉位置，其与地表水体的关系；
（5）搜集气象、水文、植被等资料；
（6）调查土的标准冻结深度、最大冻结深度及上部土层的冻胀性和建筑冻害等
（7）调查岩溶、土洞、滑坡、危岩（崩塌）、泥石流、冲沟等物理地质作用的形成、分布、形态、规模、发育程度，并根据工程地质类比法、定性分析法等初步判断其对工程建设的影响；
（8）调查人类活动（包括人工洞穴、地下采空、大挖大填、人工边坡等）对场地稳定性的影响；
4.2、第四系覆盖的平原、滩涂场地
对于第四系覆盖的平原、滩涂场地，应重点查明站址范围内或附近以下内容：
（1）调查第四系土层的成因类型、年代、性质及平面分布范围，重点应调查软土等特殊性土分布范围等；
（2）调查地下水的埋藏条件、地下水位及其变化幅度；
（3）搜集气象、水文资料，调查最高洪水位及其发生时间、淹没范围；调查岸边冲刷等不良地质作用的形成、分布、形态、规模、发育程度及其对工程建设的影响；
（4）调查埋藏的河道、沟浜、墓穴、防空洞、孤石等对工程不利的埋藏物；
（5）调查土的标准冻结深度、最大冻结深度及上部土层的冻胀性和建筑冻害等；
（6）调查本场地是否存在地震液化、震陷等震害。
5、常见光伏场地岩土结构特征及勘探方案选择
5.1、一般原则
光伏支架场地勘探方案的选择及勘察工作的布置，应在详细的工程地质测绘基础上、根据场地工程地质条件复杂程度优化，应充分考虑光伏支架荷载小、基础埋深浅的特点，一般情况下均可按微型短桩基础进行勘察。根据《建筑桩基规范》（JGJ94-2008）、《太阳能发电站支架基础技术规范》（GB51101-2016）的规定，勘探深度一般达到3m～5m 即可，在该深度内，土层好时取低值，土层差时取高值。根据场地条件，可采用钻探、坑探和槽探，原位测试方法可选择轻型动力触探、静力触探、标准贯入试验、动力触探等。
以下针对常见的光伏电站场地，在工程地质调绘的基础上，根据工程经验，介绍常用的勘探方案。
5.2、山地、丘陵光伏电站
山地光伏电站一般位于南向坡地，大型钻探设备难以到达勘探点位，而山地岩土结构一般都是：上部为残坡积土，厚度不等，下部为各类风化岩，其承载能力及变形性均能满足光伏支架扩展基础或微型桩基础要求。本场地勘探所要解决的主要问题是成桩工艺的选择，因此，需要查明覆盖层厚度或全～强风化岩的可挖性等，坑探、洛阳铲、轻型动力触探相结合是这类场地行之有效的勘探方法，可采用环刀在坑、槽内采取I、II原状土样，勘探工作的布置应控制微地貌单元、地质单元为主，兼顾勘探点布置的均匀性和密度。
5.3、山前坡地
山前坡地多为坡积裙、洪积扇，岩土结构一般是坡积、洪积混合土，厚度较大、变化不均，粗细混杂，成分较复杂，一般情况下密实度高，承载力较高，无软弱土层。场地土的最大特征是颗粒粒径（块径）相差悬殊，大至几十厘米甚至几米，这些大粒径（块径）对基础的选型及施工工艺选择有较大影响，这类场地首要应查明上部2～3m范围内（漂）石的分布及含量，但要查明（漂）石的分布及含量几乎是不可能的事情，因此，可采用挖机、人工探槽方案最为直接与明了。当块石、漂石含量较高且块径较大时，宜采用独立墩柱基础或冲孔桩基础，反之则可采用钻孔桩或螺旋钢管桩基础。
5.4、戈壁滩
西北地区戈壁滩多为山前洪、冲积倾斜平原，岩土类型一般为中粗砂、角砾土、碎石土或兼有之，厚度大，自上而下越来越密实，承载力高，变形小，地下水位也往往较低，同山前坡地相比，戈壁滩中的土细粒成分（粉粒、黏粒）含量少，大块石（漂石）的块径小，且含量少，但表层土一般含盐量较高，相应土的腐蚀性较强。这类场地较好的勘探方法还是采用机械、人工探槽方案。
5.5、沙漠
沙漠多分布于西北与内蒙，光伏电站一般布置于沙漠边缘地区，便于送出与维护。沙漠地区由风蚀洼地和风积沙丘组成，地表形态不完整，植被稀少，在设计及施工前一般需要进行场地平整，在场地平整前应进行不低于1：500地形图测量。由于两类地区岩土结构特征、物理力学性质显著差异，沙漠地区工程地质勘察的首要任务是区分风蚀及风积两类地表形态，并根据气象、植被、微地貌、主控风向预测沙丘发展趋势。
沙漠地区的岩土结构总的特征：上部一般是风力作用形成的松散堆积细粉砂、粉土，下部多为冲洪积形成的粉土、粉质黏土、砂土，风蚀洼地和风成沙丘在岩土结构上的区别是沙丘风积层厚度较风蚀洼地大，极端情况是风蚀洼地无风积层。由于风积层与冲积层岩土结构构造、物理力学性质差异较大，勘探过程中首要查明风积层与冲积层的界面。
针对沙漠地区的特征，采用钻探+静力触探、静力触探+洛阳铲、洛阳铲+轻型动力触探等综合手段是行之有效的方法。
5.6、滩涂光伏电站
江河、湖、海滩涂地质条件复杂，地下水位高，往往发育软土，钻探+静力触探是可靠勘探方案。
6、结语
地面光伏电站结构简单，荷载小，基础埋深浅，同时，光伏支架一般为钢结构，变形调节能力较强，因此，对地基的要求不高，一般的土层均能满足结构要求。而现有规范要求的勘探方案没有紧扣工程特征，造成很大的浪费。本文提出的以工程地质调查与测绘为先导，以轻便设备辅以人工的勘探方法能取得满意的勘察成果。
7、后记
特别鸣谢：本人日常工作中在互联网上搜集了一些与本文有关的公开工程资料，但当时没有记载资料名称，已无法一一注明出处，在此特别鸣谢相关资料作者。
作者简介：
李院兵，1965年，男，汉族，湖北省武汉人，本科，高级工程师，邮编430000
论文作者:李院兵
论文发表刊物:《电力设备》2017年第23期
论文发表时间:2017/12/6
标签：光伏论文; 场地论文; 支架论文; 岩土论文; 电站论文; 基础论文; 荷载论文; 《电力设备》2017年第23期论文;