山地光伏鋼管樁基礎固定支架立柱的下料方法

高全全，馬毅樂，徐海軍

(西北水利水電工程有限責任公司，西安 710000)

0 引言

近年來，光伏電站的站址基本上都位于山地地區，尤其是在南方地區，而大部分山地的東西方向和南北方向都有坡度。若光伏組件采用固定支架時，在平地光伏電站的設計中，鋼管地錨樁基礎的深度和鋼管外露高度一般都是一致的；但在山地光伏電站中，光伏組件支架基礎在采用機械成孔鋼管地錨樁(下文簡稱“鋼管樁”)基礎形式時，由于地勢不平存在坡度，若想保證每個組串中的光伏組件必須安裝在同一水平面上，每根前、后立柱的長度需采用不同值，長度隨著地形的變化而變化，樁基礎頂部高程有高有低。因此，探索高效而又準確的鋼管立柱下料方法，對加快山地光伏電站的施工進度、降低施工成本具有重要意義。

目前，大多工程項目通過采用水準儀、全站儀等儀器測量的方法來獲取鋼管立柱下料數據。雖然采用測量儀器的測量精度較高，但該方法需要配備專業的測量人員，且在每個鋼管樁上需要另外安排人員立標尺或棱鏡進行輔助；此外，受山地地形影響，儀器通視條件還會受到限制，這些因素造成使用儀器測量的方法成本高且效率低。本文通過對工程實踐進行總結，探索了利用簡單的工具和方法來解決山地光伏電站采用固定支架時鋼管立柱下料的效率問題。

1 山地光伏電站的固定支架結構及鋼管樁基礎結構

本工程裝機容量為50 MWp，采用265 W多晶硅光伏組件，為2×11陣列，前、后排各4根樁基礎，共需澆筑68616根樁基礎，即前、后鋼管立柱各為34308根，且每根鋼管立柱的長度可能都不一致。

本方法所采用的固定支架結構立面示意圖如圖1所示。

本方法采用的鋼管樁基礎結構示意圖如圖2所示。該種基礎預埋了較大直徑的鋼管，鋼管立柱插入鋼管用螺栓固定連接。

圖1 固定支架結構立面示意圖Fig.1 Structural elevation diagram of fixed bracket

圖2 鋼管樁基礎結構示意圖Fig.2 Structural elevation diagram of steel-pipe pile foundation

2 固定支架鋼管立柱下料工藝的原理及流程

2.1 工藝原理

采用固定支架時，鋼管立柱下料工藝的原理示意圖如圖3所示。

圖3 鋼管立柱下料方法的原理Fig.3 Cutting principle of steel-pipe pole

由圖3可知，在每個組串前、后排兩端鋼管樁基礎的預埋鋼管內插入自制立桿(一般用木桿)，將線繩系在前排立桿A1、A2位置，A1、A2點的距地高度為h(根據實際工程中事先設定好的固定值)，分別以A1、A2點為頂點，用角度控制儀確定線繩在后排立桿上的位置B1、B2，A1B1、A2B2的水平角即為設計的支架固定傾角α；將B1、B2點用線繩連接，然后用直尺測量每根鋼管樁樁頂距線繩的高度hi，邊量邊記錄，記錄前要根據子陣和組串的位置對每根立桿進行統一編號，在下料時將此編號標注在立桿上，以便對應安裝，下標i即代表立桿的序號。測量并記錄完hi后，即可計算出每根立桿的下料長度Hi，公式為：

式中，H為前立柱的設計高度，m；h0為基礎預埋鋼管外露高度，m。

若在同一方向有多個組串，可以采取在2個相鄰組串間增加立桿的方式固定拉線，然后同時測量，這樣可以大幅提高測量效率。

2.2 工藝流程及操作要點

2.2.1 工藝流程

本文設計的鋼管立柱下料工藝的流程如圖4所示。

圖4 鋼管立柱下料方法的流程Fig.4 Cutting process of steel-pipe pole

2.2.2 操作要點

本下料方法每個步驟的操作要點主要為：

1)施工準備。準備好施工所用立桿(竹桿或木桿)、線繩、尺子、角度控制儀(自制，如圖5所示)、靠尺、鋼管切割機等工具和儀器，并對擬測量立柱高度的組串按照子陣及組串的位置進行統一編號。

圖5 自制角度控制儀Fig.5 Self-made angle controlling instrument

2)立桿安裝。將立桿插入鋼管樁基礎的預埋鋼管內，每個組串前、后兩端各1根；然后使用靠尺將立桿調整成與水平面垂直。

3)前排立桿線繩的定位與固定。立桿調整為與水平面垂直后，在立桿上固定線繩，并將線繩調整至設定位置，即事先設定好的固定高度。

4)后排立桿線繩的定位與固定。前立桿線繩調整到位后，以線繩與立桿的交點為頂點利用自制角度控制儀確定后立桿上線繩的位置，并將線繩調整到位后固定，此時角度為設計的支架固定傾角。

5)樁頂到線繩的高度測量。利用尺子測量出各樁頂到線繩的高度，并按編號記錄。

6)布料與下料。利用測量的數據及相關設計數據換算出各鋼管立柱的長度，并進行布料；布料時要合理搭配，盡量提高鋼管的利用率；同時在各鋼管立柱上用記號筆寫上編號，然后進行下料。

7)成品立柱堆放。每個組串的鋼管立柱下料完成后，以組串為單位分別堆放，待安裝時使用；也可以邊下料邊將鋼管立柱運至現場，擺放在要安裝鋼管立柱的組串前面。

2.2.3 工藝要求

工藝要求具體為：1)立桿安裝時必須與水平面垂直。2)前、后立桿線繩位置一定要準確，并系緊拉直。3)前、后立桿系線繩處連線的傾角與設計的支架固定傾角的偏差應控制在±0.5°以內。4)測量樁頂到線繩的高度時，直尺要保持與水平面垂直。5)成品鋼管立柱上的編號一定要與記錄編號保持一致。6)下料前要根據測量數據與相關設計數據統籌布料，以提高鋼管利用率。7)成品鋼管立柱以組串為單位堆放，以免混淆。

3 方法特點

1)工藝簡單，操作方便。從工藝流程可以看出，本方法的工藝簡便，只要對施工人員進行簡單的培訓即可操作。

2)使用的工具簡便，易掌握，推廣應用價值高。本方法所用立桿、靠尺、角度控制儀等工具皆可自制，不但可節約成本，而且簡便實用，并有很高的推廣應用價值。

3)所需人員少，效率高，施工成本小。本方法在測量時只需2～3人配合操作即可，可根據施工進度要求來配置下料人員數。經工程實踐證明，施工效率較高，施工成本小。

4)通過數據的合理組合，可有效提高鋼管的利用率。由于采購的成品鋼管的長度是統一的，在下料時難免有一部分鋼管將成為廢料。利用本下料方法制成的料表，下料人員可通過合理搭配，有效減少鋼管材料的浪費，提高鋼管的利用率。

4 結論

本文針對山地光伏電站采用鋼管樁基礎固定光伏支架，設計了一種簡單易行的下料方法，可高效完成下料作業。該方法是從工程實踐中不斷總結完善而來，鑒于其簡單、高效等特點，在采用鋼管樁基礎固定支架的山地光伏電站施工中具有很好的推廣應用價值。