一种岩石地区光伏支架圆台形基础的设计方法及结构与流程

1.本发明属于岩土工程与地基基础技术领域，尤其涉及一种岩石地区光伏支架圆台形基础的设计方法及结构。


背景技术：

2.由于双碳战略的不断深入实施，我国光伏发电项目成为新能源发电技术的重要组成部分；其通过光伏组件接收太阳辐射进而将光能转化为电能；光伏支架是支撑光伏组件的结构载体，其基础要求具备良好的承载力、施工快捷、并能适应不同的地质条件，同时具有良好的工程经济性；
3.而对于岩石地区的光伏项目而言，由于岩石坚硬，且大部分岩石裸露在地表，按常规工程采用钻孔灌注桩施工，会出现钻孔困难、施工机械难以搬运等问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种岩石地区光伏支架圆台形基础的设计方法及结构，通过岩石锚杆在基岩内的锚固力，增加基础抗拔承载能力，通过基础承台自重、承台外侧与土的摩擦作用、岩石锚杆的端阻力，增加基础抗压承载能力，通过斜向岩石锚杆的端阻力和基础承台嵌岩，增加抗水平力承载能力，保证圆台形基础具有足够的承载能力，降低了基础工程的费用，施工便捷，缩短了光伏支架钢柱与基础一体化施工的施工工期，不仅非常适用于完整基岩裸露的山地光伏电站工程，还能够适应不同的地质条件。
5.本发明目的通过下述技术方案来实现：
6.一种岩石地区光伏支架圆台形基础的设计方法，包括以下步骤：
7.步骤s1、确定实施区域；
8.步骤s2、获取作用于圆台形基础的下压力标准值p、上拔力标准值t、水平力标准值v以及弯矩m；
9.步骤s3、根据光伏支架的结构以及作用于圆台形基础的载荷大小，结合基础承台以及锚杆的设计规范，确定圆台形基础的初始参数；
10.步骤s4、根据圆台形基础的初始参数，计算圆台形基础的综合承载力；
11.步骤s5、根据圆台形基础的综合承载力，对圆台形基础的参数进行验算；
12.若验算不合格，则调整圆台形基础的设计参数后再次进行验算；
13.若验算合格，则完成圆台形基础的设计。
14.在一个实施方式中，所述步骤s1包括：
15.获取工程地区裸露在地表的多个完整基岩的面积并根据其面积大小进行分级，同时获取每个完整基岩的浅表土层厚度，将浅表土层厚度小于300mm且完整基岩面积较大的区域作为实施区域。
16.在一个实施方式中，所述步骤s2包括：
17.获取光伏支架的结构形式，并根据多重载荷对其结构进行计算分析，以获取作用于圆台形基础的下压力标准值p、上拔力标准值t、水平力标准值v以及弯矩m；
18.其中，所述多重载荷包括工程风荷载、雪载荷、光伏支架的自重载荷以及地震作用。
19.在一个实施方式中，所述步骤s3包括：
20.将弯矩m转化为锚杆承受拉或拔轴力，根据力的大小确定锚杆的倾斜角度、锚杆的尺寸以及锚固深度，再根据锚杆的倾斜角度确定基础承台的尺寸，结合锚杆最小间距要求以及基础承台最小尺寸要求，得到圆台形基础的初始参数。
21.在一个实施方式中，所述步骤s4包括：
22.根据基础承台的自重以及岩石锚杆的抗拔力，计算基础承台抗拔承载力ta；根据基础承台的主被动区土压力和锚杆的抗剪力，计算基础承台的抗水平承载力va；根据基础承台的外侧摩阻力和锚杆的端阻力，计算基础承台的抗压承载力pa；根据基础承台的抗弯力，计算基础承台的抗弯承载力ma。
23.在一个实施方式中，所述步骤s5包括：
24.比较抗拔承载力ta和上拔力标准值t的大小，抗水平承载力va和水平力标准值v的大小，抗压承载力pa和下压力标准值p的大小，抗弯承载力ma和弯矩标准值m的大小；
25.且仅当t≤ta、v≤va、p≤pa以及m≤ma同时发生时，完成圆台形锚杆的设计。
26.本发明还提供了一种岩石地区光伏支架圆台形基础的结构，包括呈圆台形结构的基础承台以及呈倾斜状态锚入地基岩石的锚杆，所述光伏支架的钢柱穿设在所述基础承台内，所述锚杆与所述钢柱连接，所述锚杆设置在所述基础承台内并与所述基础承台一体浇筑成型。
27.在一个实施方式中，所述基础承台内还设置有加固框架，所述加固框架包括分别沿竖直方向延伸以及沿水平方向延伸的加固钢筋。
28.在一个实施方式中，所述锚杆沿所述钢柱周向均匀间隔分布。
29.在一个实施方式中，所述基础承台的底部嵌入所述地基岩石内。
30.本发明的有益效果在于：
31.基础承台采用圆台形结构，以及锚杆采用斜锚杆的形式，使基础形状贴合光伏支架钢柱的内力作用方向，解决了岩石锚杆在基础承台内锚固最小冲切保护安全距离的问题，最大程度降低了工程用量，并保证了基础的承载能力；本发明充分利用基岩的自身特性，通过锚杆在基岩内的锚固力，增加基础抗拔承载能力，通过基础承台自重、承台外侧与土的摩擦作用、岩石锚杆的端阻力，增加基础抗压承载能力，通过斜向岩石锚杆的端阻力和基础承台嵌岩，增加抗水平力承载能力，保证基础具有足够的承载能力，降低了基础工程的费用，施工便捷，缩短了光伏支架钢柱与基础一体化施工的施工工期，不仅非常适用于完整基岩裸露的山地光伏电站工程，还能够适应不同的地质条件。
附图说明
32.在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
33.图1显示了本发明的设计方法的流程示意图；
34.图2显示了本发明的圆台形基础与光伏支架安装完成后的示意图；
35.图3显示了本发明的圆台形基础的结构示意图；
36.图4显示了本发明的圆台形基础在另一个方向上的结构示意图；
37.在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
38.附图标记：
39.1-基础承台，2-光伏支架，11-锚杆孔，12-锚杆，13-加固钢筋，21-钢柱。
具体实施方式
40.下面将结合附图对本发明作进一步说明。
41.实施例1
42.本发明提供了一种岩石地区光伏支架圆台形基础的设计方法，如图1所示，包括如下步骤；
43.步骤s1、根据地质情况以及现场施工条件，确定实施区域；获取工程地区裸露在地表的多个完整基岩的面积并根据其面积大小进行分级，同时获取每个完整基岩的浅表土层厚度，将浅表土层厚度小于300mm且完整基岩面积较大的区域作为实施区域；
44.步骤s2、获取作用于圆台形基础的下压力标准值p、上拔力标准值t、水平力标准值v以及弯矩m；
45.具体地，在步骤s2中，先获取光伏支架的结构形式，根据多重载荷对其结构进行计算分析，以获取作用于圆台形基础的下压力标准值p、上拔力标准值t、水平力标准值v以及弯矩m；
46.其中，所述多重载荷包括工程风荷载、雪载荷、光伏支架的自重载荷以及地震作用；
47.步骤s3、根据光伏支架的结构以及作用于圆台形基础的载荷大小、根据结构力学平衡原理，并结合基础承台以及锚杆的设计规范，确定圆台形基础的初始参数；
48.具体地，将弯矩m转化为锚杆承受拉或拔轴力，根据力的大小确定锚杆的倾斜角度、锚杆的尺寸以及锚固深度，再根据锚杆的倾斜角度确定基础承台的尺寸，结合锚杆最小间距要求以及基础承台最小尺寸要求，得到圆台形基础的初始参数；
49.步骤s4、计算圆台形基础的综合承载力；
50.具体地，根据基础承台的自重以及岩石锚杆的抗拔力，计算基础承台抗拔承载力ta；根据基础承台的主被动区土压力和锚杆的抗剪力，计算基础承台的抗水平承载力va；根据基础承台的外侧摩阻力和锚杆的端阻力，计算基础承台的抗压承载力pa；根据基础承台的抗弯力，计算基础承台的抗弯承载力ma；
51.步骤s5、根据圆台形基础的综合承载力，对圆台形基础的参数进行验算；
52.具体地，比对抗拔承载力ta和上拔力标准值t的大小，抗水平承载力va和水平力标准值v的大小，抗压承载力pa和下压力标准值p的大小，抗弯承载力ma和弯矩标准值m的大小；
53.当t≤ta、v≤va、p≤pa以及m≤ma同时满足时，完成圆台形锚杆的设计；
54.若其中任意一个承载力不满足要求时，则根据比对结果，调整圆台形承台的设计参数，再重新计算后与标准值进行比对，直到t≤ta、v≤va、p≤pa以及m≤ma同时满足时，完成圆台形锚杆的设计。
55.需要说明的是，由于承台基础的规范限制，如锚杆之间的最小间距、承台的最小尺寸都存在相应的规定，即在根据内力初算出承台尺寸、锚杆倾角、锚固深度、锚杆尺寸等圆台形基础的参数信息后，可能会不满足基础的要求，则需要对各项参数信息进行微调，在满足规范要求的前提下，对其进行验算，可能会出现综合承载力达不到标准要求的情况，则需要根据实际的结果进一步进行调整，直到圆台形基础的综合承载力满足标准要求，即可完成圆台形基础的设计，进而在确定好施工区域的位置固定光伏支架；
56.本实施例提供的一种岩石地区光伏支架圆台形基础的设计方法，充分利用基岩自身特性，通过岩石锚杆在基岩内的锚固力，增加基础抗拔承载能力；通过基础承台自重、承台外侧与土的摩擦作用、岩石锚杆的端阻力，增加基础抗压承载能力；通过斜向岩石锚杆的端阻力和基础承台嵌岩，增加抗水平力承载能力；保证基础具有足够的承载能力，降低了基础工程的费用，施工便捷，缩短了光伏支架钢柱与基础一体化施工的施工工期，不仅非常适用于完整基岩裸露的山地光伏电站工程，还能够适应不同的地质条件。
57.实施例2
58.本实施例提供了一种岩石地区光伏支架2圆台形基础的结构，包括呈圆台形结构的基础承台1以及呈倾斜状态锚入地基岩石的锚杆12，光伏支架2的钢柱21穿设在基础承台1内，锚杆12与钢柱21连接，锚杆12设置在基础承台1内并与基础承台1一体浇筑成型；
59.进一步地，基础承台1内还设置有加固框架，加固框架包括分别沿竖直方向延伸以及沿水平方向延伸的加固钢筋13；
60.进一步地，基础承台1的底部嵌入地基岩石内；
61.具体地，锚杆12孔11呈一定角度倾斜打入，锚杆12设置在锚杆12孔11内并从锚杆12孔11内向地面以上延伸，加固框架中，沿竖直方向延伸的加固钢筋13的尺寸为沿水平方向延伸的加固钢筋13的尺寸为根据受力大小，锚杆12的数量可以设置为3根，也可以设置为4根，多根锚杆12沿钢柱21周向均匀间隔分布；
62.基础承台1的顶部外径设置在400-600mm之间，其底部外径设置在700-800mm之间，浇筑的混凝土等级不低于c30；当工程风荷载较大时，宜设置较大的厚度以增加自重抵抗上拔力，加固构造钢筋等级不低于hrb300，锚杆12钢筋等级不低于hrb400，圆台形承台高度在500-600mm之间；
63.需要说明的是，基础承台1为一个实心的钢筋混凝土的圆台形结构，在这种结构形式下，使得在较少混凝土用量下，即可扩大基础与土接触面积，保证基础具有足够承载能力，同时充分利用基岩的自身特性，通过锚杆12在基岩内的锚固力，增加基础抗拔承载能力，通过基础承台1自重、承台外侧与土的摩擦作用、岩石锚杆12的端阻力，增加基础抗压承载能力，通过斜向岩石锚杆12的端阻力和基础承台1嵌岩，增加抗水平力承载能力，保证基础具有足够的承载能力，降低了基础工程的费用，施工便捷，缩短了光伏支架2钢柱21与基础一体化施工的施工工期，不仅非常适用于完整基岩裸露的山地光伏电站工程，还能够适应不同的地质条件。
64.实施例3
65.本实施例是一种岩石地区光伏支架圆台形基础在华南地区的某山地光伏电站的实际应用；
66.具体地，该山地光伏电站局部工程区大面积完整基岩裸露，采用该圆台形基础承
台，基础承台1的顶部外径426mm，底部外径577mm，嵌岩深度100mm，锚杆的直径为锚杆与水平倾斜角度77
°
，基础承台1总高度500mm(不含锚杆长度)。
67.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
68.虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

技术特征：
1.一种岩石地区光伏支架圆台形基础的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1、确定实施区域；步骤s2、获取作用于圆台形基础的下压力标准值p、上拔力标准值t、水平力标准值v以及弯矩m；步骤s3、根据光伏支架的结构以及作用于圆台形基础的载荷大小，结合基础承台以及锚杆的设计规范，确定圆台形基础的初始参数；步骤s4、根据圆台形基础的初始参数，计算圆台形基础的综合承载力；步骤s5、根据圆台形基础的综合承载力，对圆台形基础的参数进行验算；若验算不合格，则调整圆台形基础的设计参数后再次进行验算；若验算合格，则完成圆台形基础的设计。2.根据权利要求1所述的一种岩石地区光伏支架圆台形基础的设计方法，其特征在于，所述步骤s1包括：获取工程地区裸露在地表的多个完整基岩的面积并根据其面积大小进行分级，同时获取每个完整基岩的浅表土层厚度，将浅表土层厚度小于300mm且完整基岩面积较大的区域作为实施区域。3.根据权利要求1所述的一种岩石地区光伏支架圆台形基础的设计方法，其特征在于，所述步骤s2包括：获取光伏支架的结构形式，并根据多重载荷对其结构进行计算分析，以获取作用于圆台形基础的下压力标准值p、上拔力标准值t、水平力标准值v以及弯矩m；其中，所述多重载荷包括工程风荷载、雪载荷、光伏支架的自重载荷以及地震作用。4.根据权利要求1所述的一种岩石地区光伏支架圆台形基础的设计方法，其特征在于，所述步骤s3包括：将弯矩m转化为锚杆承受拉或拔轴力，根据力的大小确定锚杆的倾斜角度、锚杆的尺寸以及锚固深度，再根据锚杆的倾斜角度确定基础承台的尺寸，结合锚杆最小间距要求以及基础承台最小尺寸要求，得到圆台形基础的初始参数。5.根据权利要求1所述的一种岩石地区光伏支架圆台形基础的设计方法，其特征在于，所述步骤s4包括：根据基础承台的自重以及岩石锚杆的抗拔力，计算基础承台抗拔承载力ta；根据基础承台的主被动区土压力和锚杆的抗剪力，计算基础承台的抗水平承载力va；根据基础承台的外侧摩阻力和锚杆的端阻力，计算基础承台的抗压承载力pa；根据基础承台的抗弯力，计算基础承台的抗弯承载力ma。6.根据权利要求5所述的一种岩石地区光伏支架圆台形基础的设计方法，其特征在于，所述步骤s5包括：比较抗拔承载力ta和上拔力标准值t的大小，抗水平承载力va和水平力标准值v的大小，抗压承载力pa和下压力标准值p的大小，抗弯承载力ma和弯矩标准值m的大小；且仅当t≤ta、v≤va、p≤pa以及m≤ma同时发生时，完成圆台形锚杆的设计。7.一种岩石地区光伏支架圆台形基础的结构，其特征在于，包括呈圆台形结构的基础承台以及呈倾斜状态锚入地基岩石的锚杆，所述光伏支架的钢柱穿设在所述基础承台内，所述锚杆与所述钢柱连接，所述锚杆设置在所述基础承台内并与所述基础承台一体浇筑成
型。8.根据权利要求7所述的一种岩石地区光伏支架圆台形基础的结构，其特征在于，所述基础承台内还设置有加固框架，所述加固框架包括分别沿竖直方向延伸以及沿水平方向延伸的加固钢筋。9.根据权利要求8所述的一种岩石地区光伏支架圆台形基础的结构，其特征在于，所述锚杆沿所述钢柱周向均匀间隔分布。10.根据权利要求7至9任一项所述的一种岩石地区光伏支架圆台形基础的结构，其特征在于，所述基础承台的底部嵌入所述地基岩石内。

技术总结
本发明公开了一种岩石地区光伏支架圆台形基础的设计方法及结构，该方法包括：步骤S1、确定实施区域；步骤S2、获取作用于圆台形基础的下压力标准值P、上拔力标准值T、水平力标准值V以及弯矩M；步骤S3、根据光伏支架的结构以及作用于圆台形基础的载荷大小，结合基础承台以及锚杆的设计规范，确定圆台形基础的初始参数；步骤S4、根据圆台形基础的初始参数，计算圆台形基础的综合承载力；步骤S5、对圆台形基础的参数进行验算。本发明利用光伏支架结构受力特点，为光伏支架支柱提供了足够的抗拔、抗水平、抗压、抗剪承载力，保证了基础的承载力安全性，降低了基础工程费用，同时还缩短了光伏支架钢柱与基础一体化施工的施工工期。架钢柱与基础一体化施工的施工工期。架钢柱与基础一体化施工的施工工期。


技术研发人员：江赛雄 杨欣 欧刚 侯克让 杨光 孙镝 李明星 王彬 曾丽
受保护的技术使用者：中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司
技术研发日：2023.03.20
技术公布日：2023/7/21