太阳能光伏发电系统支架知识

土壤及岩石等级的类别综合

No. 0 1 2 3 土壤/岩石等级 PT, OH MH, CH, OL, ML, CL SC, SM, SP SW, GC, GM, GP 描述 粘土或淤泥 粘土的、淤泥的或次等砂土 优等砂土；粘土的、淤泥的 或次等砂砾 优等砂砾 螺旋 桩 适用 适用 适用 螺旋 桩 适用 适用 适用 钢型 材 适用 适用 适用 可能 适用 微型 桩 适用 适用 适用 混凝土 基础 适用 适用 适用 适用

4

GW

适用 可能 适用 需要 预钻 需要 预钻

适用

适用 可能 适用 可能 适用 可能 适用

适用

5

RMR＜20

次等岩石

-

适用

6

RMR21-60

次等到中等岩石

-

-

适用

7

RMR61-100

优等岩石

-

-

适用

7 种土质对螺旋桩的安装要求

土壤 等级 一等 名称 成分 螺旋桩技术 钻孔 用锤钻预 钻螺旋洞 用锤钻预 钻螺旋洞 用锤钻预 钻螺旋洞 用锤钻预 钻螺旋洞

表层土

砂土、砂砾、泥沙

可行 可行，但土壤缺乏强 度 可行，但有少许阻力

二等

流土

液体和糊状地下水

三等

松散土壤 中等重量

松散砂土、砂砾，或两者混合物 砂土、砂砾、泥沙和粘土：至少 15%粒度＜ 0.06mm，30%岩屑，直径为 63mm，体积为 0.01m ³ 多于 30%石头， 直径＞63mm， 体积为 0.01m³-0.1m ³的坚硬石头

四等

的松散土 壤 难以解决

五等

的土壤类 型

无需预钻螺旋洞也足 以确保螺旋桩的安装

用锤钻预 钻螺旋洞

六等

可移动的 石质土 可移动的 硬质岩石

带岩石、紧密连接、易碎、板岩、经风化的土 壤 具结构强度的小岩石、风化泥岩、矿渣、铁和 钢

需用锤钻

用锤钻预 钻螺旋洞 用锤钻预 钻螺旋洞

七等

需用锤钻

承载能力

按照最大压缩载荷为 4 公吨，最大拉伸载荷为 2 公吨来设计标准螺旋桩，也可以提供更高负载能力的产品。一般 情况下，一根螺旋桩可以支撑 1KW。 土 壤 类 型 压力 (kN/lbs) 砂 土 拉伸 (kN/lbs) 水平 (kN/lbs) 压力 (kN/lbs) 砂 砾 拉伸 (kN/lbs) 水平 (kN/lbs) 压力 粘 性 土 壤 (kN/lbs) 拉伸 (kN/lbs) 水平 (kN/lbs) 15.9/3574 32.3/7261 34.3/7711 53.4/12005 39.8/8947 40.8/9172 测试载荷 PW-GS: 76*800 PW-GS: 76*1600 PW-GS: 90*1200 PW-GS: 90*2000 PW-GS: 114*1400 PW-GS: 140*1400

10.0/2248

19.9/4473

21.1/4743

30.7/6902

24.3/5463

17.5/3934

4.0/899

4.5/1011

6.4/1438

7.3/1640

10.5/2360

11.0/2472

14.1/3170

28.8/6474

30.5/6857

47.7/10723

35.5/7981

24.5/5508

10.7/2405

21.0/4721

22.4/5036

31.0/6969

25.6/5755

18.9/4249

4.6/1034

5.9/1326

7.7/1730

7.9/1775

9.2/2067

10.4/2337

10.6/2383

20.2/4541

21.6/4856

26.9/6047

24.4/5485

18.9/4249

8.5/1911

16.0/3597

17.0/3822

19.7/4429

19.1/4294

15.3/3440

5.1/1146

7.2/1618

8.4/1888

9.1/2045

11.8/2652

13.9/3124

FAQ

1、什么是好的螺旋桩

客户经常有这样的疑问， 你怎么证明自己公司所生产的螺旋桩要比其他公司的好？其实， 所谓"好"的螺旋桩， 从广义上来讲当然是质量要过关，但从狭义上来说，我们更愿意跟客户解释什么是"最为适合"的螺旋桩。当接到 一个太阳能光伏地面电站的项目时，作为业主，他会有以下考虑： - 项目地点、气候、周遭环境等自然因素； - 项目规定的竣工时间； - 投资成本及经济效益； - 合格供应商筛选及后期维护和质保问题。 因此，如果施工地点远离水源，工期紧张，而土质条件又允许的情况下，我们建议客户选用螺旋桩。而在过 往做过的三个大型地面电站的经验当中， 我们也发现， 螺旋桩地基基础确实比水泥基础有其不可替代的优胜之处， 例如，桩基完工时效是水泥基础的 1/4，人工投入则是水泥基础的 1/3 等。在物价飞速上涨的今天，单靠低值劳 动力的输出已不能满足一个项目对成本的控制要求，只有通过简便，高效及现代化机械装备的投入才能实现效益 最大化。会在接到项目时派遣工程师到现场做实地勘察，对螺旋桩方案做一个可行性评估。评估通过后，我们的 设计师会给出一个最优的地基加支架设计方案，保证整个结构的安全性。对于来说， "好"，代表从某些检测/测 量工具上体现产品的属性和质量等级，但我们给出客户的承诺是"最为适合"，这个定义即涵盖"好"的范围。

2、土壤中石块含量为 70%以上的地方适用水泥基础。

3、一根螺旋桩多少钱？

工程人员将根据你的工程设计要求提供成本最优，最高效的螺旋桩系统。要给出一个确切的价格需要考虑以 下因素：构架结构、土壤类型、长度、地域等等。

4. 什么地点适合螺旋桩安装？

5. 螺旋桩系统 VS 混凝土地基？

6. 螺旋桩的壁厚一般是多少？

通常是 2.8-3.5mm。

7. 螺旋桩是否需要绝缘套管？

不需要。

8. 螺旋桩能够打到岩石里吗？

通常可以。已经研发了可以将桩体钻入石层的方法。

9. 螺旋桩适用于沥青地面吗？

可以。不过要在安装螺旋桩的地方打一个洞，用沥青在洞口处修整路面。

10. 我们自己可以安装螺旋桩吗？

可以，将提供配套设备及安装指引给到各大用户。

11. C 型钢地基对比螺旋桩地基？

实际上 C 型桩地基与螺旋桩地基有很大的区别 1． 螺旋桩能轻松解决硬质土壤的打桩问题。 2． 并且螺旋桩的单立柱系统（用一根粗的立柱代替原来的两根立柱）能获得更出色的抗负载能力。 3． C 型钢需要更深的贯穿度（如果土质好，贯穿度浅也可） 4． C 型钢的立柱数目和螺旋桩的一样，也是由太阳能系统的静荷设计来决定。

12. 螺旋桩露出地面部份一般为多长？

一般而言，根据业主要求的高度在打桩时预留露出地面的部分。如果业主没要求，设计团队会根据实地考察的结 果，综合地形，太阳高度，成本，涨潮等因素设计出一个合理的高度与业主确认后实施。

13. 打桩过程遇到石头的情况如何处理？

潜孔。再根据现场土壤紧凑性决定是否回填所挖出的土壤或另采用灌浆形式固定。

14. 什么样的地点用什么厚度的镀锌钢？

螺旋桩镀锌层厚度与在什么项目地点适用这个没有直接关系。首先，在什么地点选用什么样的螺旋桩，取决于地 质报告和螺旋桩结构的设计。其次，螺旋桩之所以要镀锌，是为了起到防腐目的，延长螺旋桩的使用寿命。因此， 我们要重点考虑的钢材本身的质量和型材类型。最后，鉴于工艺加工的问题，壁厚越大的螺旋桩镀锌层厚度远比 壁厚小的螺旋桩要厚一些。

15. 螺旋桩之间的推荐距离是多少？

大体来讲，我们建议两个桩之间在 245cm to 305cm 之间。

16. 螺旋桩热浸镀锌厚度一般是多少？

通常是 60-90μm。

17. 一根螺旋桩能够承受多大的荷载？

一根螺旋桩的最大承载量取决于安装在什么样的土壤里。土质密度越大，承载量当然就会更大。只有在安装过程 中才能确定最大荷载的具体数据。当螺旋桩入桩到最后几英寸时，操作者利用液压的方式通过挖掘机力臂上的压

力表看到读数之后，他就能够判断桩的承载能力，当然，少不了一个准确的指向表。在宽松的土壤中则有必要施 加一定的拉伸力使土壤更加紧凑并获得较为理想的承载能力。

18. 当安装螺旋桩时碰到了石头怎么办？

螺旋桩系统的安装设备在价值 30 万元人民币以上，因此具有探钻，潜孔等多种功能。在绝大部分的情况下，安 装者能避开岩石来完成入桩过程，如石头实在太大，在施工技术参数允许下，桩可以安装到另外一个地点。如桩 体必须打入在一个精确的位置点上则必须采取挖掘土壤的方式，但这种情况相对较少。

19. 可不可以将螺旋桩安装在已有的建筑下？

可以。 然而， 我们建议桩体的打入地点一定要靠在现有建筑的边缘之上。 如果桩体一定要打入建筑物的中心位置， 则必须开一个通道允许桩体打入。比如，在木制的庭院里安装，顾客需移开一些地板来将桩体安装到一个准确的 位置上。

20. 需要在土壤与建筑结构间留有足够的空间吗？

是的，在土壤与建筑结构间（例如：格状结构，楼梯等）留出充足的空间是非常很重要，目的是为了防止霜冻引 发土壤结构膨胀。如果建筑结构与土壤紧密接触，桩体的作用将大打折扣，因为霜冻会使土壤结构膨胀，影响整 体的稳固性。

21. 回填土的地质能不能打螺旋桩，有哪些注意事项？

一般回填土质在建立光伏地面电站之前需要先做处理，处理方式主要有以下几种： 1. 分层碾压，分层碾压厚度一般为 30cm 左右； 2. 换填法：将回填土挖出后，填灰土或大粒径的沙石，提高承载力； 3. 强夯法：用落锤强夯的方式，将回填土夯实； 4. 压入碎石法：在回填土中压入碎石，使回填土挤压密实； 5. 灌注水泥浆：最好是在螺旋桩四周灌注水泥浆，提高承载力。

22. 除拉伸测试，螺旋桩本身还需做什么样的测试？

抗压承载力、抗拔承载力与水平承载力三项测试。至于要做多少种，需根据项目情况与土壤的整体性质而 定。

23. 怎样算出螺旋桩的结构是安全？有一定的公式吗？

我们有做数据和力学静态荷载分析，当我们知道支架系统需要多少支撑力后，我们就可以推荐螺旋桩的种 类。土木工程人员在现场做测试时就能判断推荐的型号是否符合地质情况与安装需求。

24. 为防止冻土对螺旋桩的影响，是否有必要在桩体的外部增加保护层？

不是，霜冻对镀锌钢的桩体性质没有影响。螺旋桩的原理是利用螺旋桩叶片将整个桩体固定在土壤结构里 面，使之不会造成整体结构的移位。

25. 如果螺旋桩在打入土壤后被取出而再次打入，它本身的承载力会受影响吗？

会的。这就是为什么我们一定要对安装人员进行培训和颁发资格证书。没有受过培训的人很容易就会破坏 整个项目。

26. 不用法兰盘进行固定支架系统，而只是用螺栓固定，如何防止螺旋桩发生沉降？

系统设计恰当就不会发生。

27.譬如说，是否在宽松的土壤就是否用叶片较大的螺旋桩？

不。叶片宽度一般是固定。在宽松的土壤里，我们用管芯直径较大的螺旋桩去增强横向的支撑力。

28、地面/屋顶支架-滑入式

通过地锚栓或水泥基础固定，适用于平屋顶系统和 地面系统。可以将电池组件直接滑入导轨内部，为您节省 一半的安装时间。适用于有框、无框的薄膜以及晶硅太阳 能电池组件，具有普遍实用性。可以承受 60m/s 以上的风 压荷载，雪压荷载可达 1000N/㎡。 优点: 1.无需压码固定 2.安装快捷 3.应用广泛 4.具有防震功能 5.支架高度可调节

29、屋顶支架-可调节式

通过调节后立柱与底部导轨的连接点位置，达到调 节组件角度的目的，具有较强的地域适用性。安装与角度 调节均非常方便。自重式设计，表面阳极氧化处理，适用 于平屋顶和地面电站。可以承受 60M/s 以上的风压荷载， 雪压荷载可达 1000N/㎡。 优点: 1.通过立柱调节支架角度 2.自重式铝制支架 3.表面阳极氧化 4.无需打穿屋顶

30、地面/屋顶支架-普通打桩式

适用于平屋顶屋面系统和大型地面电站。通过底部 连接件与混凝土基座相连。不破坏屋顶结构，与屋面连接 紧密， 抗风压性能优越。 可以承受 60M/s 以上的风压荷载， 雪压荷载可达 1000N/㎡。 优点: 1.应用广泛 2.不破坏屋顶防水系统 3.半圆形连接件

31、地面/屋顶支架-自重式

自重式解决方案适用于平屋顶及地面系统。 利用水 泥块压住支架底部的铝制托盘，起到固定系统的作用。 水泥块可以现场浇铸。 独特的铝制挡风背板，有效减 轻组件所受风压， 加上底部托盘硅胶垫， 可以承受 60M/s 以上的风压荷载。相邻组件可共用托盘与龙骨，大大节 省材料，一体式支架，安装方便。表面阳极氧化。雪压 荷载可达 1000N/㎡。 优点: 1.铝制挡风背板 2.硅胶防滑胶垫 3.共用式自重托盘 4.表面阳极氧化

32、地面支架-单立柱自重式

5.一体式支架设计

通过地锚栓或水泥基础固定， 适用于平屋顶系统和 地面系统。可以将电池组件直接滑入导轨内部，为您节 省一半的安装时间。适用于有框、无框的薄膜以及晶硅 太阳能电池组件，具有普遍实用性。可以承受 60m/s 以 上的风压荷载，雪压荷载可达 1000N/㎡。 优点: 1.无需压码固定 2.安装快捷 3.应用广泛 4.具有防震功能 5.支架高度可调节

33、地面支架-单立柱预埋式

通过调节后立柱与底部导轨的连接点位置， 达到调 节组件角度的目的，具有较强的地域适用性。安装与角 度调节均非常方便。自重式设计，表面阳极氧化处理， 适用于平屋顶和地面电站。可以承受 60M/s 以上的风压 荷载，雪压荷载可达 1000N/㎡。 优点: 1.通过立柱调节支架角度 2.自重式铝制支架 3.表面阳极氧化 4.无需打穿屋顶

34、地面支架-可调节滑入式

适用于平屋顶屋面系统和大型地面电站。通过底 部连接件与混凝土基座相连。不破坏屋顶结构，与屋 面连接紧密，抗风压性能优越。可以承受 60M/s 以上 的风压荷载，雪压荷载可达 1000N/㎡。 优点: 1.应用广泛 2.不破坏屋顶防水系统 3.半圆形连接件

35、地面支架-双立柱可调节式

自重式解决方案适用于平屋顶及地面系统。利用 水泥块压住支架底部的铝制托盘，起到固定系统的作 用。水泥块可以现场浇铸。 独特的铝制挡风背板，有 效减轻组件所受风压，加上底部托盘硅胶垫，可以承 受 60M/s 以上的风压荷载。相邻组件可共用托盘与龙 骨，大大节省材料，一体式支架，安装方便。表面阳 极氧化。雪压荷载可达 1000N/㎡。 优点: 1.铝制挡风背板 2.硅胶防滑胶垫 3.共用式自重托盘 4.表面阳极氧化 5.一体式支架设计

36、地面支架-托盘自重式

特殊的防水固定方式，在有效固定组件的同时， 保证良好的防水性能。适用于美国等地的木瓦屋顶。 可以承受 55m/s 以上的风压荷载， 雪压荷载可达 900N/ ㎡。 优点: 1.特制固定基座 2.防水胶垫 3.节省材料

37、螺旋桩

螺旋桩可以减少地基的花费，缩短安装时间，降低对地面光伏支架系统的环境影响。作为快捷和具成本效 益的方案，螺旋桩可以应用于从松散土壤到基岩、沙地、沼泽和最大 30°的斜坡等全部已知的地质环境中。 优点: 1.无需损坏周围环境 2.100%环保，可循环使用 3.迁移简单快捷 4.与全部土壤的适用性

独立底座基础是常用于道路标识等基础施工时的砌块基础。复合底座基础是由2个或2个以上的柱产生的应力用一个基础支撑的基础方式。

39、风压载重的计算

用于计算的模型如下图所示。风压荷重以前节中的" 太阳电池阵列用支架设计基础" 中叙述的考虑方法为基础，按照①基准速度压的计算，②设计速度压的计算，③设计用风压荷重的计算等顺序算出。

首先，求出基准速度压。

q o =(ρ×V )/2

24

q o ——标准速度压(N/㎡) ；ρ ——空气密度=1.274N•S /m；V ——设计风速。

设计风速V 是太阳能电池安装地区地上高度10m 的再现期限50年的最大瞬间风速作为基准。这里的设计风速设为60m/s，则有

q o =(1.274×60)/2(N/㎡) 其次，求出设计速度压q:

q= qo ×α×I ×J

q ——设计速度压(N/㎡) ；α ——高度补正系数；I ——用途系数;J ——环境系数。

设用途系数为1.0(普通的太阳能光伏发电系统) ，环境系数为1.15(像海上那样没有障碍物的平坦地面) 。求出高度补正系数，即

α=(h/ho )

h ——阵列在地面上的高度；h o ——10m(基准高度) ；n ——5(标准值) 。

由此得出

α=(4.4/100)=0.85

1/5

1/n

2

2

把以上的系数代入到设计速度压的式子，则有 q=2293.2×0.85×1×1.5=2241.6(N/

㎡) 最后，求出设计用风压荷重W ，即

W=Cw ×q ×AW

W ——设计用风压荷重(N/㎡) ；C w ——风力系数；q ——设计用速度压(N/㎡) ；A w ——受风面积。

风力系数C w 以地面安装性考虑。在这种场合，对应倾斜角40°的风力系数在表中找不到，所以按线性插入来考虑，分别求出正压，负压时的风力系数。

正压：0.79+(1.06-0.79)×25/30=1.02 负压：0.94+(1.43-0.94)×25/30=1.35 计算受风面积A w 时考虑为一快板的情况。

A w =B×l=2.976x5.930=17.648(㎡)

B ——板的宽度=2.976m;l ——板的长边的长度=5.930m。

因此，顺风时的设计用的风压荷重W f 为： W f =1.02×2241.6×17.6=40241.2(N) 同样，逆风时的设计用的风压荷重W c 为 W c =1.35×2241.6×17.6=53260.4(N)

40、作用于基础的水平反作用力的计算

下面求出作用于基础的水平反作用力、垂直反作用力及力矩。计算时使用矩阵法。根据矩阵法的应力、变形的计算中利用计算机为手段。现使用UC-FRAME 。

计算实例分为从太阳能电池板的正面风吹的场合和从背面风吹的场合两个例子。

假设设计用荷重均匀作用于太阳能电池板上，这样可以计算出设计用风压荷重作用于长边方向的每米相当的风压荷重。

w f =Wf /I=40241.2/5.930=6786.0(N/m)=6.8(kN/m) w c =Wc /I=53260.4/5.930=8981.5(N/m)=9.0(kN/m)

在计算中假设阵列支架的重量和基础重量相比很小，可忽略不计。另外，基础支点认为是固定端。详细的计算另行介绍，这里将结果列于下表。

以上的计算结果为基础，对独立底座基础、复合底座基础进行稳定性的计算。

41、基础稳定性计算

当受到强风时，对于构造物基础要考虑以下问题：

①受横向风的影响，基础滑动或者跌倒。②地基下沉(垂直力超过垂直支撑力) 。③基础本身被破坏。④吹进电池板背面的风使构造物浮起。⑤吹过电池板下侧的风产生漩涡，引起气压的变化，使电池板向地面吸引。这里进行①" 滑动和跌倒的研究" 和②" 垂直支撑力的研究" 。对于③～⑤须采用流体解析等方法才能详细研究。研究风向只考虑危险侧的逆风状态。

以下所示为各种稳定条件：

a. 对滑动的稳定

平时：安全率Fs ≧1.5地震及暴风时：安全率Fs ≧1.2

b ．对跌倒的稳定

平时：合力作用位置在底盘的中央1/3以内时。地震及暴风时：合力作用位置在底盘中央2/3以内时。 c ．对垂直支撑力的稳定

平时: 安全率Fs ≧3地震及暴风时: 安全率Fs ≧2

关于滑动

关于跌倒

由上表，独立底座的合力作用位置d 为： d=M/V=(389.6-224.6)/192.8=0.86(m)

稳定条件用" 地震及暴风时" 来评价。作为评价方法，以偏心距离e 是否在地基中央2/3以内来判断。 e=5.992/2-0.86=2.14≥(5.992/2)×(2/3)=2.00(m)

这个结果，从现在的形状来看，合力的作用位置不在地基中央2/3以内，所以有跌倒的可能性。因此，为不使太阳能阵列基础跌倒，要么使基础B 的形状变大，要么使基础AB 的间距变宽，可任选一种方法。

关于垂直支撑力的稳定性