广西龙源风力发电有限公司 广西南宁 530028
摘要：在进行山地光伏电站的建设时，可以采用微成孔灌注桩，因为微型桩的桩体截面较小，往往都是直接灌注成桩。所以能够按照山地的地形对基础顶面的标高进行适当调整，在山地光伏电站中应用微型桩有以下优点：材料用量少，顶标易控，施工快，开挖量小，植被破坏轻等。应用于山地光伏电站的微型桩长度一般不超过2m，长细比不超过20，更偏向于刚性短桩。微型桩的桩身在竖向上承受的荷载很小，压屈问题可以忽略不计。
关键词：微型桩；山地光伏；应用研究
0 引 言
通常可以采用的太阳能光伏板的支架基础有以下四种：条形基础、预制桩基础、独立基础与钢螺旋桩基础[1]。条形基础：其埋置位置不是很浅，所以开挖、回填量也算不上小，而且对混凝土的用量也较大。该型式的基础往往用在对不均匀沉降要求高而地基承载力又差的光伏支架中。预制桩基础：其优点在于施工速度快，可批量制作，且施工仅需简单场平而无须填、挖方。可是在将桩体挤压入土内时，无论采用锤击方式，还是静压设备，其桩体都极易断裂，所以需要增设钢筋网进行加固，这样一来，不但无法保证垂直度，而且造价过大。往往在粘性土、淤泥质土、湿陷性黄土等环境下使用。独立基础：因为该基础的形式十分简单，所以曾经被广泛应用，但是它要求的埋置相当深，所以对应的开挖、回填量也很大。钢螺旋桩基础：不但成孔方便，而且不受地下水影响，还能够按照地形调节顶面标高，因为其无须填、挖方，所以施工速度快，而且即使是冬季也可以施工，由于不需要场平，所以对自然环境破坏小。适用于沙漠、草原、滩涂、戈壁、冻土等。只是用钢量大些，造价偏高，在岩石或强腐蚀性地基中不适用。
Fondedile是第一家利用微型桩的公司，其理论则是在二十世纪五十年代，由FLizzi（意大利）提出的。八十年代引入我国的时候，被称为树根桩（Rcot Piles）或微型桩（Micro Piles）。其直径通常为10到40厘米，是钻孔式、由小石子混凝土与加劲材料、水泥砂浆灌注而成的，拥有着20到50的长细比。微型桩可以是垂直布置，也可以是倾斜布置；可以交叉成网如树根状布置，还可以成排布置。微型桩在国内通常应用于支护结构、地基托换、旧房改造、水池抗浮、古建筑加固纠偏、房屋加层、基坑开挖与构筑物的加固、防震等工程当中[2]。
山地光伏电站大多地形复杂，局部区域地势起伏较大，一般不考虑场平，故适应于山地光伏电站的基础形式需要单独研究。微成孔式灌注桩基础也是微型桩基础的一种：其直径介于10cm～30cm，采用手持钻机或潜孔钻成孔，较为方便；它不但具备了钢螺旋桩基础的所有优点，而且其钢筋用量小，所以成本更低，重量更轻，应用范围更加广泛，可以在一般的填土、砂土、粉土与粘性土环境中使用。
1 微型桩基础受力分析
1.1 支架上部受力分析
光伏支架上部的主要荷载有：光伏组件与支架的自身重量、风、雪荷载、地震荷载以及温度荷载等，其中影响最大的通常是风荷载，因为风荷载可能导致基础的断裂、拔起等现象。所以在设计基础时，必须充分考虑可能出现的最大风荷载，保证基础的稳定，不受破坏。
1.2 基础顶部受力分析
某山地光伏电站微型桩基础采用直径为300mm，深1500mm的混凝土灌注桩，桩顶设一直径为300mm的混凝土墩台，墩台上埋件通过桩身纵筋与基础混凝土相连。灌注桩基础的安装位置，选在土层稍厚的地方。基础结构形式如图1所示。
2 微型桩承载力设计计算
按成桩工艺的不同，微型桩可以分为直接灌注细石混凝土成桩与投石注浆成桩两种。由于应用于山地光伏电站的微型桩长一般不超过2m，考虑直灌法可通过改变配比来提高桩身强度，所以直接灌注成桩工艺较为常用。微型桩桩身截面小，桩端一般为黏土或碎石土层，一般将其划分为摩擦桩范畴。
2.1 单桩抗压承载力计算
对于单桩抗压承载力的极限值，最好是在现场进行静荷载抗压试验来最终确定，在开始进行设计时可按照式（1）计算，
式中 为桩顶水平变形系数；EI为桩身抗弯刚度，对于微型桩，EI=0.85E0I0；式子里的Wo是其受拉边缘的截面模量，Io是其截面的惯性矩；E为混凝土的弹性模量；为桩顶容许水平位移。
2.3 单桩抗拔承载力的计算
对于单桩抗拔承载力的极限值，同样要在现场进行静荷载抗拔试验后确定，最初设计时的计算，参见下式：
2.4 微型桩的稳定性分析
微型桩属于细长桩，长细比很大，一般由桩侧注浆体与土接触面侧阻提供的承载力大于桩身材料强度决定的承载力，所以其最值得关注的，就是它的竖向荷载稳定性，Bjerrum在1957年通过研究
证明：就算是比较软弱的土层，也可以让微型桩获得足够的侧向支持，防止微型桩压屈。其压屈临界荷载，可按下面的公式来估算
而应用于山地光伏电站的微型桩长度一般不超过2m，长细比不超过20，更偏向于刚性短桩的概念。同时，光伏支架基础顶部的荷载小，桩的竖向抗压承载力为桩身强度决定的桩承载力及土提供的桩的承载力的较小值。综上，可不考虑压屈的问题。
3结语
（1）在光伏电站的山地建设过程中，应用微成孔灌注桩，其顶标高可调整，开挖量小，施工快，钢筋、混凝土用量小，对植被、自然环境破坏较小。
（2）微型桩截面较小，往往直接灌注成桩。桩端一般为黏土、碎石土或强风化岩层，一般将其划分为摩擦桩范畴。
（3）应用于山地光伏电站的微型桩长度一般不超过2m，长细比不超过20，更偏向于刚性短桩，压屈问题无须考虑。
（4）根据山地光伏案例分析，微型桩基础破坏由单桩抗拔承载力或水平承载力控制。两者都应该进行现场试验来最终确定，而且当桩身配筋率超过0.65%时，其水平承载力，可按照试验结果为地面水平位移等于10毫米时对应的荷载，取该荷载量的75%，当做其水平承载力的特征值。
参考文献
[1] 刑克勇，黄文莉.光伏支架基础设计创新研究[J].武汉大学学报（工学版）， 2015，46（1）： 252–254.
[2] 王怀德，陈超.刚性短桩基础的水平承载性能研究[J].工程与建设， 2015（29）： 91–93.
作者简介：李盼君（1984~），男，从事可再生能源研究工作。
论文作者:李盼君
论文发表刊物:《电力技术》2017年第2期
论文发表时间:2017/6/28
标签：荷载论文; 承载力论文; 山地论文; 光伏论文; 基础论文; 电站论文; 桩基础论文; 《电力技术》2017年第2期论文;