光伏支撐基礎(chǔ)不均勻凍膨脹的關(guān)鍵是凍土地區(qū)光伏項(xiàng)目開(kāi)發(fā)建設(shè)的核心和問(wèn)題。本文結(jié)合東北地區(qū)某光伏項(xiàng)目在凍土地質(zhì)條件下的太陽(yáng)能電池板支撐基本設(shè)計(jì)方案，從基本類(lèi)型選擇，解決了支撐基本因凍脹不均而損壞光伏組件的問(wèn)題，提出了一套基本可行的設(shè)計(jì)方案，避免凍土地區(qū)光伏支撐基本不均勻凍脹。

　　凍土地區(qū)一般具有以下氣候和地質(zhì)特征：

　　1)冬季氣溫較低，一般最低溫度為-20℃以下;

　　2)土質(zhì)為強(qiáng)凍脹土或特強(qiáng)凍脹土，如粘土、質(zhì)地粘土等;

　　3)地表水豐富，水位高。在地表水豐富、水位高的環(huán)境中，混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)、混凝土樁基礎(chǔ)和需要現(xiàn)澆混凝土的微孔灌注樁基礎(chǔ)的施工難度較大，凍土地區(qū)冬季氣溫極低，混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)質(zhì)量難以保證。混凝土條狀基礎(chǔ)更適用于場(chǎng)地平整、地下水較低的地區(qū)(如沙漠)。在凍土地區(qū)，這種情況基本上容易出現(xiàn)不均勻上升和傾斜。螺旋鋼管樁基成本高，不適用于強(qiáng)腐蝕環(huán)境和循環(huán)污泥土。

　　綜上所述，在凍土地質(zhì)條件下，考慮到經(jīng)濟(jì)性和施工便利性，在采用必要的減樁長(zhǎng)度來(lái)防止凍脹的前提下，PHC基礎(chǔ)是更合適的光伏支撐基礎(chǔ)[2]。以下以東北部的一個(gè)光伏項(xiàng)目為例，分析凍土地質(zhì)條件下的情況PHC基礎(chǔ)的應(yīng)力，以及避免其不均勻凍脹上升的措施。

　　在凍土地質(zhì)條件下PHC基礎(chǔ)應(yīng)力分析

　　受凍脹力影響，PHC主要在樁的長(zhǎng)方向承擔(dān)永久荷載(PHC上部支架重量、部件重量和PHC自重等)，凍土對(duì)PHC切向凍脹力，凍土層下的土體PHC錨固力。從應(yīng)力分析的角度來(lái)看，在強(qiáng)凍脹土或特強(qiáng)凍脹土地區(qū)，當(dāng)最大凍深較深時(shí)，完全借助PHC為了避免不均勻的凍脹脹上升是不經(jīng)濟(jì)的。

　　根據(jù)地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，東北部一個(gè)光伏項(xiàng)目所在地的凍深為2.0m，在規(guī)范的凍深范圍內(nèi)，土層從上到下依次為表層耕地、粘土和質(zhì)地粘土。這些土層是強(qiáng)凍脹土或強(qiáng)凍脹土;項(xiàng)目所在地的地下水為-1.0～-0.5m。項(xiàng)目初選樁徑300mm的PHC作為光伏支架的基礎(chǔ)。在冬季環(huán)境下，為了抵抗凍脹，根據(jù)JGJ118-2011[3]《凍土地區(qū)建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)樁基進(jìn)行穩(wěn)定檢查：

　　式中，τdk,i為第一層土中企業(yè)切向凍脹力的標(biāo)準(zhǔn)值，kPa;可以通過(guò)在樁身側(cè)面鋪設(shè)應(yīng)力表來(lái)測(cè)量，也可以參考規(guī)范附錄C中表C.1.1的規(guī)定值;在同一類(lèi)型的凍脹土中，含水量大的取大值;本項(xiàng)目按規(guī)范要求取值。Aτ,i為與I層土凍結(jié)在一起的樁的面積，㎡;Gk作用于樁基永久荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，kN，包括樁基自重、上部重量、支架重量等，如果樁基在地表水中，則取浮重度;Rta錨固力特征值是在樁基深入凍脹土層后形成的，kN。

　　對(duì)于本項(xiàng)目的季節(jié)性?xún)鐾恋鼗?，PHC在基本側(cè)和凍土之間Rta其實(shí)是摩阻力，可以參考JGJ118-2011[3]《凍土地區(qū)建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》C.1.1-2計(jì)算，即：

　　式中，qsa,i為第一層土與樁側(cè)表面的摩阻力特征值，kPa，根據(jù)樁基的壓力，在缺乏實(shí)驗(yàn)材料的情況下，可以進(jìn)行取值JGJ《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》94-2008[4]確定;Aq,i為I層土內(nèi)樁的側(cè)面積，㎡。本項(xiàng)目按上述公式計(jì)算，光伏支架PHC基本上埋在地表內(nèi)至少需要7m，對(duì)于一個(gè)光伏項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，這是非常昂貴的。但在非凍土季節(jié)，滿(mǎn)足控制荷載(風(fēng)荷載)的作用，PHC基本埋在地表內(nèi)只需2個(gè)m。不是通過(guò)PHC基本伸入凍脹土層以增加錨固力，但采取的對(duì)策是減少凍土對(duì)樁的切向凍脹力，這樣可以大大降低樁長(zhǎng)[5]。

　　3避免PHC基本不均勻凍脹上升的措施

　　3.1避免PHC基本不均勻凍脹上升的主要措施

　　減少切向凍脹力對(duì)樁體的影響是為了避免PHC基本上是因?yàn)閮雒浂仙年P(guān)鍵。深范圍內(nèi)，可以采取措施防止凍深。PHC基本上與超強(qiáng)凍土接觸，以減少凍土對(duì)樁的切向凍脹力。本工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在永久凍土層的樁周回填弱凍脹中粗砂作為隔離層，可以降低樁周土對(duì)樁的切向凍脹力。

　　經(jīng)進(jìn)一步計(jì)算，發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目地表以下2.0m樁周?chē)馏w范圍采用先引孔后回填弱凍脹中粗砂的措施后，所需樁長(zhǎng)度最短，表面以下樁長(zhǎng)埋深3m可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。具體施工工藝如下:先用鉆機(jī)引孔，鉆頭直徑比樁大10~20cm，導(dǎo)孔完成后，用負(fù)壓錘刷瀝青PHC沉入建筑標(biāo)高。為防止坍塌，樁完成后應(yīng)立即在樁周?chē)靥畲稚爸林旅?，致密壓?shí)系數(shù)不小于0.94、必要時(shí)可插入振搗棒振動(dòng)密實(shí)。

　　3.2其他處理PHC基本不均勻凍脹上升的措施

　　粗砂和涂刷瀝青的防凍膨脹對(duì)策基本可以解決PHC基本大規(guī)模不均勻凍脹上升的問(wèn)題。然而，對(duì)于一些地質(zhì)變化較大的地區(qū)，一些地區(qū)，PHC少量不均勻凍脹仍可能發(fā)生，導(dǎo)致支架和部件變形。對(duì)于這類(lèi)問(wèn)題，可以采用減少每組支架的方法PHC基本數(shù)量支架的基本數(shù)量和措施來(lái)解決。

　　1)減少每組支架PHC減少基本數(shù)量PHC凍脹上升的發(fā)生率基本不均勻。當(dāng)每組有20個(gè)部分時(shí)，選擇4個(gè)部分PHC作為一個(gè)基礎(chǔ)，它更經(jīng)濟(jì)，不均勻凍脹上升的概率也更低。還可以使用兩組單獨(dú)的支撐和基礎(chǔ)支撐組，即每10個(gè)部件由兩個(gè)組成PHC基本支撐，這可以進(jìn)一步減少每根支撐PHC冷膨脹上升的概率基本不均勻。但是這個(gè)方案會(huì)增加一定數(shù)量的支架工程量，增量尺寸需要根據(jù)具體情況。

　　2)選擇可調(diào)太陽(yáng)能電池板支架，即支架設(shè)計(jì)為用樁箍固定。當(dāng)單個(gè)樁發(fā)生凍脹時(shí)，可通過(guò)調(diào)整箍支架高度來(lái)糾正支架和部件，以防止支架和部件的變形和損壞。

　　4結(jié)果

　　根據(jù)對(duì)凍土區(qū)光伏支撐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的分析，發(fā)現(xiàn)在凍土范圍內(nèi)樁周土中回填粗砂的形式可以減少凍土對(duì)PHC基礎(chǔ)的切向凍脹力大大降低，進(jìn)而大大降低PHC設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，節(jié)省工程造價(jià)。此外，通過(guò)控制每組支架PHC基本數(shù)量和可調(diào)支架的選擇可以進(jìn)一步處理部分PHC不均勻存在不均勻的凍脹上升，進(jìn)而導(dǎo)致零件損壞的問(wèn)題。

　　本文計(jì)算了回填后中粗砂對(duì)樁體的切向凍脹力JGJ118-2011《凍土地區(qū)建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄表C.1.1[3]由于光伏組件與建筑基礎(chǔ)之間存在一些差異，切向凍膨脹力標(biāo)準(zhǔn)值中的弱凍膨脹土取值應(yīng)根據(jù)工程的具體情況，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定中粗砂對(duì)樁周?chē)燎邢騼雠蛎浟Φ拈g距尺寸。通過(guò)本工程的初步試驗(yàn)，回填中粗砂對(duì)樁的切向凍膨脹力與導(dǎo)孔回填孔徑、中粗砂本身的凍膨脹特性、壓實(shí)度、含水量和樁側(cè)表面粗糙度有關(guān)。

　　基本上，對(duì)于太陽(yáng)能電池板支架，在保證凍脹力大幅度降低的前提下，方案要經(jīng)濟(jì)，施工要方便。因此，在減少樁切向凍脹力時(shí)，仍然可以進(jìn)一步分析和研究所選用的回填材料。實(shí)驗(yàn)表明，樁周涂刷1~2cm瀝青材料還可以更好的降低切向凍脹力，具體的刷刷瀝青厚度應(yīng)根據(jù)不同的工程地質(zhì)條件和工作溫度來(lái)確定。