光伏工程螺旋桩应用介绍.pdfVIP

螺旋桩在光伏电站工程中的应用 螺旋桩（Screw Pile or Helical Pile ）是一种带螺旋叶片的金属管桩，采用专用设 备拧入地下，替代混凝土基础，桩顶连接负载，其优点为施工快捷方便、大幅缩 短施工周期、对环境友好、环保、不破坏植被，适应各种地质条件，并且方便迁 移及回收。 螺旋桩最早于1838年作为英国一座灯塔构筑物的基础得以应用（Maplin Sands Light House ），取得了很好的效果，在此向前辈工程师Alexander Mitchel表示敬 意。19世纪40年代以来，螺旋桩得到了蓬勃的发展，尤其在美国、加拿大及俄罗 斯地区应用特别广泛。早期主要作为抗拔锚桩，后期发展到抗压桩，螺旋桩已广 泛应用于电力塔架、信号标示牌、房屋基础、仓库等，目前主要应用于轻型构筑 物的基础。笔者通过加拿大某工业项目接触到该桩型，所以在一定范围内展开研 究。 螺旋桩因其未列入国内桩基规范，其受力模式、计算方法均不明确，所以在国内 应用较少。国内应用最多就是作为光伏太阳能板的基础，目前该行业蓬勃发展且 随着“一带一路”走出去的趋势，仅在该行业的应用也相当可观，已经催生出很多 螺旋桩、打桩机设备的生产厂家。同时由于新兴行业存在很多不规范的现象，例 如2011年9月，海南省经受台风袭击，某些光伏支架被台风破坏、发生倾覆，有 的甚至连根拔起。螺旋桩技术并非单纯的产品，它还包括专业的施工队伍、丰富 的管理经验以及整套的施工解决方案。由于笔者是从事结构设计专业，所以从设 计方面对桩型的设计及施工进行一些阐述。 光伏面板支架 典型螺旋桩施工 螺旋桩承载力设计 光伏支架上的荷载包括自重、风荷载、雪荷载、温度荷载和地震荷载等，其中风 荷载起控制作用。通过多个工程对比，单桩抗标准设计值≤10kN ，由于支架并非 单纯拉压受力体系，同时桩身需具备一定的抗水平能力。参考IBC 2009关于 Helical pile章节描述，螺旋桩承载力极限值为设计标准值的2倍。 试验研究证明：当螺旋叶片间距＜3倍叶片直径时，桩极限承载力破坏模式为整体 破坏模式；当螺旋叶片间距≥3倍叶片直径时，桩极限承载力破坏模式相对独立， 其受力状态等同于单片受力的合力。为最大程度的获得承载力，可控制螺旋叶片 间距为3D(Hlix Spacing ） 单叶片螺旋桩 多叶片螺旋桩 为保证螺旋桩受力的可靠性，对于单叶片桩，叶片埋深需≥1.5m ；对于多叶片 桩，埋深最浅叶片需≥5D1 （叶片直径）。 光伏工程中应用的螺旋桩一般为2m左右，桩径小，桩长较短，一般忽略桩身 侧阻力，只考虑螺旋叶片端部承载力，其理论计算可采用太沙基地基承载力计 算公式： q≔γ⋅H AH : 螺旋叶片受力面积 c ： 土体有效粘聚力 γ ： 叶片以上土层有效重度 H ： 叶片埋深 Nc ： 承载力粘聚力影响系数 Nq ： 承载力内摩擦角影响系数 N ： 承载力基础宽度影响系数 γ Terzaghi’s Shallow Foundation Bearing Capacity Factors 由于螺旋叶片直径较小，通常忽略叶片宽度对承载力的贡献。 以某工程为例，螺旋桩采用ϕ76X4 ，材质为Q235 ，桩长2m ，双螺旋叶片， 叶片直径200mm ，上层叶片埋深1m ，下层叶片埋深1.65m。 d≔76mm Pile shaft diameter t≔4 mm Pile shaft Thk. D≔220mm Pile Plate diameter H ≔1m Depth from ground to top helical plate 1 H ≔1.65m Depth from ground to bottom helical plate 2