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摘要：沙漠地区的光伏发电工程项目在选择光伏支架桩基时，需针对当地的特殊地理条件和气候环境进行严格的分析与计算。正确的光伏支架桩基选型可以有效地提高工程的稳定性和承载能力，延长光伏设备的寿命，降低维修成本和风险，同时也可以提高光伏电站的能源产量和经济效益。本文从事沙漠地区光伏发电工程项目光伏支架桩基选型与承载力计算探讨，以中绿电乌鲁木齐市米东区350 万千瓦光伏项目为例，探讨项目组对PHC预应力混凝土灌装与钢制螺旋桩的选比过程，充分考虑使用年限、受力结构、防腐蚀性能、核算对比，同时站在承载力视角对两类桩基开展进一步计算与比选。

关键词：沙漠地区；光伏电站；PHC桩；钢制螺旋桩；承载力分析

合理选择光伏支架桩基形式，对沙漠地区光伏发电工程项目而言可确保桩基满足承载力要求，保证设备高温、干旱和尘暴等恶劣环境下的稳定性和可靠性。不同的光伏支架桩基形式具有不同的承载特点，设计阶段，需根据项目实际情况选择适当的桩型、桩径、桩长、桩距、材等参数，从而保证桩基满足承载力要求并具有足够的稳定性和可靠性，继而保障光伏发电工程可稳定利用沙漠地区丰富的太阳能资源，为社会提供电能服务。

一、光伏发电工程概述

光伏发电工程是一种利用太阳辐射能直接转换成电能的技术，其原理是通过太阳能电池板将太阳辐射转化为直流电能，再通过逆变器将直流电能转为交流电能，最后接入电网供能或储存电能。光伏发电具有清洁、稳定、可再生等优点，目前已成为可再生能源领域乃至电力产业重要组成部分[1]。

二、沙漠地区光伏发电工程项目光伏支架桩基选型与承载力计算

（一）项目概况

为客观开展沙漠地区光伏发电工程项目光伏支架桩基比选与承载力研究，本文以中绿电乌鲁木齐市米东区350 万千瓦光伏项目为例，探讨不同类型桩基在该项目中的必选与承载力计算分析。

中绿电乌鲁木齐市米东区350 万千瓦光伏项目位于乌鲁木齐市中心北方120km区域，南部距五家渠约65km，选址区域内无铁路、高速公路，为典型沙漠区域，耐旱植被少量发育。

（二）地质概况

根据地质勘探单位对本光伏项目选址现场踏勘，选址区域地层以第四系地层为主，地层性质集中于粉砂。本项目选址粉砂层以稍密状～中密状为主，颜色呈黄褐色、灰白色，其中稍密状粉砂厚度在0.5m至1.5m，局部地段松散，集中分布区域包括背风坡面、高大沙丘等。本项目选址区域粉砂矿物成分集中于石英石、长石，包含少量云母暗色矿物质，局部夹杂薄层细沙，8.0m揭露厚度。表1为来自现场踏勘作业的稍密、中密状粉砂涂层物理力学参数：

此外，经现场踏勘，选址场区存在季节性冻土，140cm标准冻土深度，基于《建筑地基基础设计规范》附录中G.0.1分类评价，选址区域粉砂层冻前天然含水率w≤12%，冻前地下水位距设计冻深最小距离hw＞1.0m，I级冻胀（不冻胀类别）。

（三）桩基选型对比

1.使用年限分析

使用年限要求方面，本项目对桩基的使用年限要求，主要遵循《太阳能发电站支架基础技术规范》第3.0.4条（使用年限不可小于电站设计使用年限，且≥25年）、《光伏支架结构设计规范》第3.1.4条（地基基础设计使用年限应为50年，设计等级丙级）以及《光伏发电站设计规范》6.8.4条指出的光伏支架使用年限宜为25年、10.4.1条指出的建筑物结构设计使用年限应为50年。

确认使用年限要求后，结合项目组技术分析，对PHC预应力混凝土管桩与钢螺旋桩使用年限进行对比。本次光伏电站项目使用年限设计为25年，站在使用年限角度，PHC预应力混凝土管桩使用混凝土作为桩体材料，具有良好的抗压性、抗弯曲性和耐久性能，可以在地下环境中长时间使用，一般使用年限可以达到50年以上。而钢旋桩的使用寿命相对较短，其表面防腐层存在较大的局限性且难以进行维护，可能会因腐蚀、断裂等因素导致桩体失稳，但使用年限同样能够满足25年使用年限。

2.受力结构分析

根据光伏发电工程项目特点，若项目若采用单列立柱支架形式，则建议采用预应力混凝土管桩桩基础，而在采用双列立柱支架形式下，则建议采用钢制螺旋桩基础。

一方面，预应力混凝土管桩桩基础采用混凝土材料，具有较好的抗压、耐久性能，在单列立柱支架结构中具有稳固的支撑作用，可以满足其承载能力和稳定性的要求。在使用过程中，基础施工速度快、材料耐久、稳定性高、操作简单等优点使之广受青睐。另一方面，对于双列立柱支架形式下的光伏电站项目，钢制螺旋桩基础更为适合。钢制螺旋桩由于其特殊的设计结构，能够更好的适应复杂地形和基础的要求，其具有自重轻、泥附着度合适、加工生产简单等优点。

尽管本项目双列立柱支架，宜采用钢制螺旋桩形式，但仍需综合性考虑光伏电站不同工况下的承载力情况，同时高度关注不同桩基形式的核算对比、防腐蚀性能等，从而确保桩基满足项目要求[3]。

3.防腐蚀分析

对PHC预应力混凝土管桩同钢制螺旋桩进行防腐性能层面对比。在项目前期开展预应力管桩选型研讨会中，已证实在25年使用年限背景下，预应力混凝土桩采用PHC300C70型号，可在本项目微～弱腐蚀环境下满足要求。

钢制螺旋桩方面，根据《光伏支架结构设计规程》9.2.4条要求，在不具备实测资料条件下，微型钢管桩腐蚀速率可基于表2选取：

对微型钢管桩的防腐处理，可采取增加阴极保护、腐蚀余量以及外表面涂刷防腐层策略。当钢管螺旋微型桩内壁与外界隔绝时，可无需考虑内壁防腐措施。此外，根据《太阳能发电站支架基础技术规范》5.3.25条要求，强腐蚀环境下不宜使用钢制桩基，中级腐蚀等级及以下等级的土壤环境内，必须对钢制桩基外表面涂镀防腐层，增加腐蚀余量或是采用特殊耐腐蚀材料等措施。根据《规范》5.4.4条，钢桩在使用热浸镀锌防腐期间，镀锌层局部最小厚度需≥ ，且平均厚度≥ 。在无实测资料阶段，钢桩镀锌层腐蚀速率参考表3：

站在理论角度分析，桩基使用年限设计为25年时，完全依靠镀锌层抵御靠来自周围环境的腐蚀性，镀锌层厚度应满足 ，在镀锌层厚度达到 情况下，镀锌层可耐腐蚀时间为 ，剩余5.5年则需要依靠钢桩自身进行腐蚀环境抵抗，钢桩腐蚀程度约为 。站在桩基使用50年年限视角下，完全依靠镀锌层进行腐蚀性抵抗，则需要镀锌层厚度达到 ，当镀锌层设置 厚度，可耐腐蚀19.5年，剩余时间下镀锌层约腐蚀1.525mm。基于各项规范的要求，钢制螺旋桩厂商在保证支架基础使用年限中满足桩身承载力、耐腐蚀性要求基础上，在试桩满足要求后，项目组可采用钢制螺旋桩形式，并严格对镀锌层厚度开展第三方抽检，确保质量满足项目设计要求。

（四）不同桩基选型核算对比

确认使用年限、受力结构视角下钢制螺旋桩适用性基础上，对PHC预应力混凝土管桩与钢制螺旋桩进行核算对比，以确认两类桩型在经济性视角下的优势。本次光伏电站工程项目，按全场区桩概算工程量开展计算，其中PHC预应力混凝土管桩6151150m³，采用PHC300C70桩型。钢制螺旋桩7381380m³，单桩长度3m，桩杆直径76mm、3道全圆叶片（228mm直径，5mm厚度）， 镀锌层，按项目25年使用年限为依据开展概算计算、对比，具体对比项见表4：

经项目单位计算，确认项目采用钢制螺旋桩，合计总价显著低于PHC预应力混凝土管桩。最终，站在概算对比视角下分析，确认应优先考虑钢制螺旋桩，以实现建设成本的有效节约。

（五）承载力计算对比

完成使用年限、受力结构、抗腐蚀性能以及概算对比后，项目组开展承载力计算对比，确认最终适合本次光伏电站工程项目的桩基形式。设计阶段，项目组在充分考量沙漠地区地质条件基础上基于软件模型计算，得出在采用单列立柱支架条件下，当PHC预应力混凝土管桩露出地面高度为1.7m时，正常使用工况之下地面区域最不利荷载见表5：

在PHC桩基φ直径为300，3.3m入土深度条件下，桩身Y方向最大弯矩为64.6kN·m。基于模型进行理论值计算后，可得出竖向抗压承载力特征值、抗拔承载力特征值、水平承载力特征值分别为48kN、26kN、29kN，1.16整体系数。故而，若采用PHC300C70桩，将桩身受弯承载力设计值控制在65kN·m，能够满足项目桩基承载力要求。

此外，基于模型计算，在采用双列立柱支架情况下，当钢制螺旋桩露出地面0.3m，正常使用、承载能力工况之下地面最不利荷载见表6：

最终，经钢制螺旋桩生产厂商计算复核，钢制螺旋桩桩身承载力、试桩结果均满足项目基础承载力要求。

结语：

在中绿电乌鲁木齐市米东区350 万千瓦光伏项目组对PHC预应力混凝土灌装与钢制螺旋桩从使用年限、受力结构、抗腐蚀能力、核算结果以及承载力对比结果下，最终项目确认采用钢制螺旋桩作为项目桩基形式，在桩基参数为直径76m、钢管壁厚4mm，3道全圆叶片（228m直径，5mm厚度）， 镀锌层、3m桩长条件下，可满足该项目对桩基在各项参数上的要求，保障电站长期、稳定运行。

参考文献：

[1]田天伦，张裕己.季节冻土区光伏桩基研究现状[J].工程技术研究，2022，4（7）：48-49.

[2]丁晓勇许能权邢皓枫.沙漠地区光伏支架基础选型与受力分析[J].低温建筑技术，2022，44（9）：121-124.

[3]车飞.光伏支架微型钻孔灌注桩施工研究[J].红水河，2023，42（04）：73-76.