太陽(yáng)能發(fā)電項目建設慎用“螺旋樁”

螺旋樁―一種帶螺旋葉片的金屬或非金屬材料的管樁或柱樁，利用專(zhuān)用設備旋擰入地下，替代混凝土獨立基礎及條形基礎，樁頂連接負載，其優(yōu)點(diǎn)為施工快捷方便、大幅縮短施工周期、對環(huán)境友好、環(huán)保、不破壞植被、可在包括北方冬季的各種氣候條件下實(shí)施，能方便遷移及回收。

螺旋樁利用的歷史可以追溯到18世紀30年代，最早是作為一種地錨系統應用于英格蘭地區的一座建于潮汐地段的燈塔。一個(gè)名叫Alexander Mitchel的英格蘭磚匠發(fā)明了這種樁型，但其鉆進(jìn)能力卻局限于當時(shí)的技術(shù)水平。19世紀40年代以來(lái)，螺旋樁得到了蓬勃的發(fā)展，早期主要是作為抗拔錨樁。19世紀80年代后，作為一種具有獨特優(yōu)勢的替代樁型，螺旋樁在美國、澳洲和歐洲等國被廣泛應用，可滿(mǎn)足抗壓、抗拔和抗水平力等各種工程要求。

從早期的抗拔錨樁到以后的抗壓樁，螺旋樁已廣泛應用于電力塔架、信號標示牌、房屋基礎、街燈基礎等，并逐漸適用在廣告牌、臨時(shí)會(huì )場(chǎng)、倉庫、校舍、等獨立的建筑、市政設施、交通設施等領(lǐng)域。

太陽(yáng)能發(fā)電項目應用螺旋樁是否安全、可靠？

在中國，自諾斯曼能源第一個(gè)將立固螺旋樁建站技術(shù)應用在“山東東營(yíng)光伏7Mwp太陽(yáng)能光伏電站”以來(lái)，該技術(shù)已在國內光伏電站的建設方面得以大規模的推廣利用，并持續為客戶(hù)創(chuàng )造著(zhù)可觀(guān)的社會(huì )效益及經(jīng)濟效益，以“內蒙古四子王旗20Mwp光伏電站”項目為例，共33600根螺旋樁，諾斯曼能源僅用了7天就完成全部螺旋樁的安裝，為光伏電站投資者節約了時(shí)間、人工、環(huán)保等方面的綜合成本。

光伏陣列支架的基礎，是保證光伏電站安全、正常運行的重要組成部分，除需具備一定強度和剛度，滿(mǎn)足承載力與變形的要求外，還需具有一定的抗腐蝕性。論證太陽(yáng)能發(fā)電項目應用螺旋樁是否安全、可靠，可從螺旋樁單樁承載力、基礎與上部支架的連接試驗以及螺旋樁的防腐三個(gè)方面來(lái)闡述。

1．螺旋樁單樁承載力

根據《建筑結構荷載規范》（GB50009-2001）、《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）、《建筑樁基技術(shù)規范》（JGJ94-2008）的規定，以及根據諾斯曼能源在河北、山東、廣東、福建、安徽、黑龍江、遼寧、內蒙、西藏、甘肅、寧夏、新疆等多地的地質(zhì)實(shí)地勘察與氣候調研，計算出螺旋樁單樁承載力的抗壓設計值均≤10KN，抗拉設計值均≤20即滿(mǎn)足設計要求，而依據國家規范《建筑基樁檢測技術(shù)規范》JGJ 106-2003的規定，須滿(mǎn)足樁基礎承載力特征值的安全系數為2，即單樁極限承載力的設計標準值大于傳遞到樁頂的荷載效應標準組合值的2倍。經(jīng)過(guò)多地實(shí)測，采用能獲得最大綜合效益的1.5m~ 2.5m范圍內的設計樁長(cháng)，根據不同的地質(zhì)條件下而有針對性設計的樁型在上述各地進(jìn)行現場(chǎng)靜載荷試驗，獲取螺旋樁單樁承載力均超過(guò)標準，確保了樁基承載力的安全儲備滿(mǎn)足現行設計規范要求。

2.基礎與上部支架連接的可靠性

螺旋樁通過(guò)緊固螺栓、對穿螺栓、法蘭盤(pán)等多種型式，可以很方便地實(shí)現與上部各類(lèi)支架的連接，并可伸縮調節立柱高度。作用在光伏支架上的荷載有自重、風(fēng)荷載、雪荷載、溫度荷載、地震荷載等，其中風(fēng)荷載是主要的。在光伏電站的設計生命期里，風(fēng)荷載具有作用頻率高、作用方向不定的特點(diǎn)，因此無(wú)論是采用哪種方式與支架的連接，連接接頭不僅要具有足夠的抗拔抗壓強度，還需具有抗搖晃的措施。

設計水平荷載下的搖擺疲勞試驗是驗證螺旋鋼樁與上部支架連接可靠性的有效手段。目前在工程中廣泛使用的由諾斯曼能源首創(chuàng )的內插+緊固螺栓的連接方式，是通過(guò)60000次搖擺疲勞試驗證明穩定有效的，足以承受超過(guò)20kN的軸心荷載，進(jìn)一步確保了螺旋樁與上部支架連接系統的可靠性。

3.螺旋樁的防腐措施

螺旋樁的防腐（耐久性）可通過(guò)下面幾個(gè)途徑來(lái)解決：

（1）表面涂鍍防腐層。

目前國內光伏電站中所使用的螺旋樁，采用得最多的防腐措施是在鋼樁內外面涂鍍高標準的熱浸鋅合金鍍層。經(jīng)過(guò)采用切割錘擊法檢測其附著(zhù)力，被證明可靠有效?，F場(chǎng)實(shí)踐也證明，承受施工旋擰與土體摩擦后，合金鍍層基本能保持完好。

（2）增加腐蝕余量：即增加鋼材壁厚；

鋼材在自然環(huán)境中的腐蝕量的實(shí)測資料不是太多，設計時(shí)可參考國內外的有關(guān)規范。英國規范BS 8002、歐洲規范Eurocode 3、我國樁基規范JGJ94對鋼樁的腐蝕速率的說(shuō)明見(jiàn)表1所示。

表1各國規范對鋼樁的腐蝕速率的說(shuō)明

從表1中可以看出，我國規范的規定要嚴于英國和歐洲規范。目前光伏項目中廣泛使用的螺旋樁中軸鋼管的規格為外徑76mm，壁厚為4mm，即使按照JGJ94的規定，對于埋置于土中的鋼樁在設計壽命25年中單側最大的腐蝕量為1.25mm，考慮腐蝕量后，樁身仍可承受的抗拉抗壓荷載約為130kN，遠大于光伏支架立柱所承受的抗拉或抗壓荷載（約20kN左右）。

（3）陰極保護。

對于強腐蝕場(chǎng)區可采用埋設陽(yáng)極塊或外加電流對陰極進(jìn)行保護。

綜上所述，太陽(yáng)能發(fā)電項目應用螺旋樁技術(shù)是安全、可靠的。

太陽(yáng)能發(fā)電項目為什么要慎用螺旋樁技術(shù)？

美國的金門(mén)大橋以建筑奇偉、氣勢恢宏而著(zhù)稱(chēng)于世。在金門(mén)大橋附近有一座刻意模仿它而建造的大橋――彎曲大橋，但知名度遠遜于金門(mén)大橋。原因何在?有人意味深長(cháng)地說(shuō):“這就是第一和第二的區別。”區別是什么呢?金門(mén)大橋經(jīng)過(guò)設計師長(cháng)期思考醞釀才設計建成，具有獨特風(fēng)格，是創(chuàng )新的橋；而彎曲大橋只不過(guò)是金門(mén)大橋的翻版，是模仿的橋。螺旋樁也正是因其結構簡(jiǎn)單，易操作、易模仿等特點(diǎn)使得應用螺旋樁建站技術(shù)的工程服務(wù)商逐漸增多。它們雖造型相似，內涵卻大有區別，因為模仿僅是停留在淺層次的思維活動(dòng)，模仿只是表面上相像而已，并且遠遠沒(méi)有超越被模仿者，形式上的形同，永遠是劣質(zhì)品。

在2011年9月，我國海南省經(jīng)受了“納沙”臺風(fēng)襲擊，地處臺風(fēng)中心的部分地面光伏發(fā)電站光伏支架被臺風(fēng)破壞，發(fā)生傾覆，更為嚴重的是有些螺旋樁基礎也被強大的風(fēng)力連根拔起，與光伏支架脫離，給客戶(hù)造成了損失。據了解，螺旋樁從外形上區分主要分為兩種：1.連續形螺旋葉片；2.兩個(gè)或多個(gè)有間隔螺旋葉片。而在這次臺風(fēng)襲擊中這部分遭到破壞的地面光伏電站均應用了連續形窄葉片的螺旋樁支架基礎，可同樣處于風(fēng)災中心地區的另一光伏電站項目，光伏支架基礎全部采用適用于當地地質(zhì)條件的有間隔雙葉片的螺旋樁，螺旋樁與支架無(wú)一發(fā)生損壞。這就驗證了單純的模仿難以保證太陽(yáng)能發(fā)電項目的安全。

另一方面，螺旋樁技術(shù)并非只是單純的產(chǎn)品，它還包括誠信專(zhuān)業(yè)的施工資質(zhì)、具豐富項目管理經(jīng)驗及施工管理經(jīng)驗等整套的實(shí)施解決方案。目前，光伏工程建設行業(yè)還沒(méi)有完全規范，大有掛靠借用資質(zhì)投標、違規出借資質(zhì)等問(wèn)題的存在，不規范的項目管理與無(wú)經(jīng)驗的施工管理易造成工程質(zhì)量低劣，且具有重大安全隱患，導致工程質(zhì)量等方面的糾紛和工程安全事故頻發(fā)，對太陽(yáng)能發(fā)電項目財產(chǎn)安全和運營(yíng)安全形成負面影響。

通過(guò)以上分析，作為太陽(yáng)能光伏電站支架基礎的螺旋樁技術(shù)決不是單純的模仿與復制，它必須有長(cháng)期的實(shí)踐積累及針對不同地質(zhì)、氣候條件下的個(gè)性化解決方案，雖然目前在國內真正的螺旋樁技術(shù)已運用成熟可靠，如不加以科學(xué)的論斷而在一定程度上的濫用，對現時(shí)和未來(lái)創(chuàng )新技術(shù)的發(fā)展均會(huì )造成嚴重阻礙。

我們倡導合理、科學(xué)、有目的地應用螺旋樁等優(yōu)秀樁基技術(shù)，同時(shí)我們也有必要做出提醒：太陽(yáng)能發(fā)電站建設要慎用螺旋樁。