CN104420479A - 光伏组件支架带混凝土块的锚杆基础结构及设置方法 - Google Patents

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杨菁
李彦利
吴真
汪海燕
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Abstract

本发明光伏组件支架带混凝土块的锚杆基础结构及设置方法，该结构包含设于地面的基础，光伏支架设置于该基础上，该基础包含插入地面的锚杆，其特征在于，该锚杆顶部与地面交接位置外侧套设有混凝土块。本发明提供了一种新型的带有混凝土块的钢锚杆基础，适用于大部分地质情况，还可替代在松散土层中具有安全隐患的螺旋钢桩基础，受力更为合理，安全性更好，适用范围广，且经济型较好，能够在地面光伏电站的建设中节省投资、增大安全性及增强耐久性。

Description

光伏组件支架带混凝土块的锚杆基础结构及设置方法
技术领域
本发明属于太阳能光伏发电领域，特别涉及光伏发电站中的光伏组件支架基础结构。
背景技术
在地面光伏发电站中，用来实现光电转换的组件叫光伏组件，光伏支架是用来支撑光伏组件的钢支架，光伏支架一般露天布置在面积广阔的空旷场地上。光伏支架的基础目前多采用螺旋钢桩基础或传统的钢筋混凝土独立基础，在岩石出露的山区，也常采用钢锚杆基础。
如图1a及图1b所示，钢筋混凝土独立基础是最早采用的传统光伏支架基础形式之一，也是适用范围较广的一种基础形式，它是在钢支架前后立柱下分别设置钢筋混凝土独立基础，由基础底板和底板之上的基础短柱组成，短柱顶部设置钢质预埋件或预埋螺栓与上部钢支架连接，需要一定的埋深（1m左右）和一定的基础底面积，基础底板上覆土，用基础自重和基础上的覆土重量共同抵抗风荷载造成的上拔力，用一定的基础底面积来分散支架向下的垂直荷载，用基础底面与土壤之间的摩擦力抵抗水平风荷载。它的优点是传力途径明确，受力可靠，适用范围广，施工无需专门机械。这种基础形式抵抗风荷载造成的水平力的能力较强。
但钢筋混凝土独立基础也有十分明显的缺陷：施工周期长，所需人工多，土方开挖及回填的量都很大，需要一定的场地平整，对环境的破坏较大，不利于环境植被的保护和恢复。
如图2a及图2b所示，螺旋钢桩基础是近年来使用较为广泛的光伏支架基础形式，它是在光伏支架前、后立柱下均采用带有螺旋状叶片的镀锌钢管桩，用专业机械旋入土层中，上部露出地面，与上部支架立柱采用螺栓连接。其原理是利用钢管桩桩侧与土壤间的侧摩阻力及叶片与土壤间的作用力抵抗风荷载引起的上拔力及承受垂直荷载，利用桩体、叶片与土壤之间的桩土共同作用抵抗风荷载引起的水平力。
螺旋钢桩基础的优点是：施工速度快，无需场地平整，无土方开挖量，方便调节上部支架，可随地势调节支架高度。对环境影响较小，所需人工少，今后进行回收时，螺旋钢桩仍可视情况得到二次利用。
螺旋钢桩基础的主要缺陷是：工程造价相对较高，且需要专门的施工机械，最重要的是基础的水平承载能力与土层的密实度密切相关，螺旋钢桩基础要求土层具有一定的密实性，特别是接近地表的浅层土不能够太松散或太软弱，因为若浅层土较松散，就不能提供足够的桩土共同作用，在水平力作用下桩的水平位移增大，容易造成支架侧向倾斜。
发明内容
本发明的目的在于，找出一种基础形式，尽可能多地适用于各种工程地质环境，尤其是适用于浅层土层密实度较差、较为松散的地质条件，替代在这种土层中具有安全隐患的螺旋钢桩基础，从而找到一种既施工速度快，又对环境影响小且经济性好的基础形式。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。一种光伏组件支架带混凝土块的锚杆基础结构，其包含设于地面的基础，光伏支架设置于该基础上，该基础包含插入地面的锚杆，该锚杆顶部与地面交接位置外侧套设有混凝土块。
该锚杆顶部外露于混凝土块，光伏支架与锚杆顶部外露部分相连接。
该混凝土块与锚杆之间设有孔道，孔道内灌注水泥浆。
该锚杆顶部不外露于混凝土块，光伏支架与混凝土块相连接。
一种光伏组件支架带混凝土块的锚杆基础结构的设置方法，包含如下步骤：A、挖开地面放入混凝土块，混凝土块部分露出地面；B、该混凝土块设有孔道，将锚杆插入孔道之中，并钻入底部土层，锚杆顶部外露于混凝土块；C、将水泥浆灌入孔道之中，使混凝土块与锚杆形成一个整体；D、光伏支架与锚杆外露部分连接，以完成光伏支架与基础的连接。
一种光伏组件支架带混凝土块的锚杆基础结构的设置方法，包含如下步骤：A、先将锚杆打入地面；B、在该锚杆顶部与地面交接位置外侧现场浇注混凝土块，混凝土块部分露出地面，锚杆顶部不外露于混凝土块；C、将光伏支架与混凝土块连接，以完成光伏支架与基础的连接。
一种光伏组件支架带混凝土块的锚杆基础结构的设置方法，包含如下步骤：A、先将锚杆打入地面；B、在该锚杆顶部与地面交接位置外侧现场浇注混凝土块，混凝土块部分露出地面，锚杆顶部外露于混凝土块；C、光伏支架与锚杆外露部分连接，以完成光伏支架与基础的连接。
本发明的有益效果如下。
将传统的尺寸较大的混凝土基础改进成尺寸很小的混凝土块后与钢锚杆相结合，成为一种新型的锚杆基础，从而将锚杆基础的适用范围扩大到较松散的土层中，替代在松散土层中具有安全隐患的螺旋钢桩基础，又提高了基础的抗腐蚀能力和耐久性，同时具有传统混凝土独立基础及螺旋钢桩基础都不具备的优点。这种新型基础在锚杆基础的前提下增加了极少的混凝土量，却大大改善了原有锚杆基础的受力，具有很好的经济性和较广泛的适用性，这种带混凝土块的新型锚杆基础具有新颖性、创造性和实用性。
1、将传统的尺寸较大的混凝土基础改进成尺寸很小的混凝土块后，与钢锚杆相结合，成为一种新型的锚杆基础，施工简便，速度快，所需人工少，经济性较好。
2、通过混凝土块的自重增大了钢锚杆的抗拔能力。
3、通过混凝土块底部与地基土之间的摩擦力、混凝土块侧面与地基土的被动土压力增大了钢锚杆的抗水平荷载能力，减小了钢锚杆顶部的水平位移，从而增强了光伏支架的侧向稳定性。
4、通过在干湿交替较频繁的地面上下设置混凝土块，可以起到保护钢锚杆的作用，从而在改进受力的同时也增强了钢锚杆的抗腐蚀能力，提高了整个基础的耐久性。
5、将锚杆基础的适用范围扩大到较松散的土层中，替代在松散土层中具有安全隐患的螺旋钢桩基础。从而为松散土壤提供了一种更为合理的新型基础形式。
附图说明
图1a为现有的一种光伏支架基础布置示意图。
图1b为图1a中A-A面剖面示意图。
图2a为现有的另一种光伏支架基础布置示意图。
图2b为图2a中A-A面剖面示意图。
图3为本发明的光伏支架基础布置示意图。
图4为本发明的一种实施例的剖面示意图。
图5为本发明的另一种实施例的剖面示意图。
具体实施方式
如图3-5所示，本发明一种光伏组件支架带混凝土块的锚杆基础结构，其包含设于地面1的基础2，光伏支架3设置于该基础2上，该基础2包含插入地面的锚杆4，该锚杆4顶部与地面1交接位置外侧套设有混凝土块5。
如图4所示的实施例，该锚杆4顶部外露于混凝土块5，光伏支架3与锚杆顶部外露部分相连接。其连接方式可以是螺栓连接或其他方式，此连接方式是本领域技术人员都可以实施的。
并且，在该混凝土块5与锚杆4之间预留设有孔道51，孔道内可以灌注水泥浆。
图4所给出的结构，在实施时通常按照如下步骤进行。
A、挖开地面放入混凝土块，混凝土块部分露出地面。
B、该混凝土块设有孔道，将锚杆插入孔道之中，并钻入底部土层，锚杆顶部外露于混凝土块。
C、将水泥浆灌入孔道之中，使混凝土块与锚杆形成一个整体。
D、光伏支架与锚杆外露部分连接，以完成光伏支架与基础的连接。
本实施例为预制混凝土块，工时开挖一定深度，例如，越深0.2m~0.5mm，并置入预制混凝土块，每边尺寸为0.3m~0.5m的截面为正方形或长方形的立方体，或直径0.3m~0.5m、高0.3~0.5m的圆柱形，混凝土块大部分埋入土中，小部分露出地面，将镀锌钢质锚杆通过预制混凝土块中的预留孔人工打入或采用机械钻入土层中，然后将高强微膨胀水泥浆灌入预留孔中，使混凝土块与钢锚杆成为一个整体，钢锚杆（钢筋或钢管桩）上部露出混凝土块，与光伏组件支架连接，或在混凝土块顶部预埋钢板或螺栓与上部支架连接。施工方法可以依照实际情况，在本领域技术人员可以实施的基础上，进行调整，不以此限定本发明。
如图5所示的另一实施例，该锚杆4顶部不外露于混凝土块5，光伏支架3与混凝土块5相连接。
图4所给出的结构，在实施时通常按照如下步骤进行。
A、先将锚杆打入地面。
B、在该锚杆顶部与地面交接位置外侧现场浇注混凝土块，混凝土块部分露出地面，锚杆顶部不外露于混凝土块。
C、将光伏支架与混凝土块连接，以完成光伏支架与基础的连接。
本实施例为现浇凝土块，先将镀锌钢锚杆（钢筋或钢管桩）人工打入或采用机械钻入土层中，再将其上部浇注在现场浇注的混凝土块内，为每边尺寸0.3m~0.5m的截面为正方形或长方形的立方体，或直径0.3m~0.5m、高0.3m~0.5m的圆柱形，现浇混凝土块大部分埋入土中，小部分露出地面，混凝土块顶部预留埋件或预埋螺栓6与上部支架连接。这种支架与预埋件或螺栓的连接方法，是本领域通用技术，是本领域技术人员知道的。当然，在这种方法中，锚杆顶部也可以露出混凝土块顶部与上部支架直接连接，其结构与图4实施例类似。施工方法可以依照实际情况，在本领域技术人员可以实施的基础上，进行调整，不以此限定本发明。
本发明的基本原理是：利用打入土层中的钢锚杆（钢筋或钢管桩）与土壤之间的侧摩阻力与混凝土块自重共同抵抗风吸作用产生的上拔力，通过混凝土块底部和地基土之间的摩擦力、地基土对混凝土块侧面的被动土压力及钢锚杆与土层之间的桩土共同作用来增强抵抗水平风荷载的能力，通过混凝土块底面及钢锚杆与土壤间的侧摩阻力将光伏支架向下的垂直压力传递给地基土。同时镀锌钢锚杆易锈蚀的的位置为接近地表上下，该范围在雨雪天气时较潮湿，在晴天时表层土壤水份渗透、蒸发，干燥较快，此区段为干湿交替较频繁的区段，容易造成钢锚杆的锈蚀，影响耐久性，通过在此区段设置混凝土块，可以起到保护钢锚杆的作用，从而在改进受力的同时也增强了钢锚杆的抗腐蚀能力，提高了整个基础的耐久性。该基础形式适用于土质松散、坚硬的各种工程地质条件。
该基础优点为：适用范围广、受力合理可靠、传力途径明确、土方开挖量很小、混凝土用量小、费用低、耗费人工较少、耐久性强等，特别适合于表层土密实度较差的场地。

Claims (9)

1.一种光伏组件支架带混凝土块的锚杆基础结构，其包含设于地面的基础，光伏支架设置于该基础上，该基础包含插入地面的锚杆，其特征在于，该锚杆顶部与地面交接位置外侧套设有混凝土块。
2.如权利要求1所述的光伏组件支架带混凝土块的锚杆基础结构，其特征在于，该锚杆顶部外露于混凝土块，光伏支架与锚杆顶部外露部分相连接。
3.如权利要求2所述的光伏组件支架带混凝土块的锚杆基础结构，其特征在于，该混凝土块与锚杆之间设有孔道，孔道内灌注水泥浆。
4.如权利要求1所述的光伏组件支架带混凝土块的锚杆基础结构，其特征在于，该锚杆顶部不外露于混凝土块，光伏支架与混凝土块相连接。
5.如权利要求1-4所述的光伏组件支架带混凝土块的锚杆基础结构，其特征在于，该混凝土块为高度为0.3-0.5m，直径为0.3-0.5m的圆柱形。
6.如权利要求1-4所述的光伏组件支架带混凝土块的锚杆基础结构，其特征在于，该混凝土块为每边尺寸0.3-0.5m的立方体。
7.一种光伏组件支架带混凝土块的锚杆基础结构的设置方法，其特征在于，包含如下步骤：
A、挖开地面放入混凝土块，混凝土块部分露出地面；
B、该混凝土块设有孔道，将锚杆插入孔道之中，并钻入底部土层，锚杆顶部外露于混凝土块；
C、将水泥浆灌入孔道之中，使混凝土块与锚杆形成一个整体；
D、光伏支架与锚杆外露部分连接，以完成光伏支架与基础的连接。
8.一种光伏组件支架带混凝土块的锚杆基础结构的设置方法，其特征在于，包含如下步骤：
A、先将锚杆打入地面；
B、在该锚杆顶部与地面交接位置外侧现场浇注混凝土块，混凝土块部分露出地面，锚杆顶部不外露于混凝土块；
C、将光伏支架与混凝土块连接，以完成光伏支架与基础的连接。
9.一种光伏组件支架带混凝土块的锚杆基础结构的设置方法，其特征在于，包含如下步骤：
A、先将锚杆打入地面；
B、在该锚杆顶部与地面交接位置外侧现场浇注混凝土块，混凝土块部分露出地面，锚杆顶部外露于混凝土块；
C、光伏支架与锚杆外露部分连接，以完成光伏支架与基础的连接。
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