太阳能发电项目建设，慎用“螺旋桩”

       螺旋桩—一种带螺旋叶片的金属或非金属材料的管桩或柱桩，利用专用设备旋拧入地下，替代混凝土独立基础及条形基础，桩顶连接负载，其优点为施工快捷方便、大幅缩短施工周期、对环境友好、环保、不破坏植被、可在包括北方冬季的各种气候条件下实施，能方便迁移及回收。

　　螺旋桩利用的历史可以追溯到18世纪30年代，最早是作为一种地锚系统应用于英格兰地区的一座建于潮汐地段的灯塔。一个名叫Alexander Mitchel的英格兰砖匠发明了这种桩型，但其钻进能力却局限于当时的技术水平。19世纪40年代以来，螺旋桩得到了蓬勃的发展，早期主要是作为抗拔锚桩。19世纪80年代后，作为一种具有独特优势的替代桩型，螺旋桩在美国、澳洲和欧洲等国被广泛应用，可满足抗压、抗拔和抗水平力等各种工程要求。
　　从早期的抗拔锚桩到以后的抗压桩，螺旋桩已广泛应用于电力塔架、信号标示牌、房屋基础、街灯基础等，并逐渐适用在广告牌、临时会场、仓库、校舍、等独立的建筑、市政设施、交通设施等领域。
太阳能发电项目应用螺旋桩是否安全、可靠？
　　在中国，自诺斯曼能源第一个将立固螺旋桩建站技术应用在“山东东营光伏7Mwp太阳能光伏电站”以来，该技术已在国内光伏电站的建设方面得以大规模的推广利用，并持续为客户创造着可观的社会效益及经济效益，以“内蒙古四子王旗20Mwp光伏电站”项目为例，共33600根螺旋桩，诺斯曼能源仅用了7天就完成全部螺旋桩的安装，为光伏电站投资者节约了时间、人工、环保等方面的综合成本。

　　光伏阵列支架的基础，是保证光伏电站安全、正常运行的重要组成部分，除需具备一定强度和刚度，满足承载力与变形的要求外，还需具有一定的抗腐蚀性。论证太阳能发电项目应用螺旋桩是否安全、可靠，可从螺旋桩单桩承载力、基础与上部支架的连接试验以及螺旋桩的防腐三个方面来阐述。
1． 螺旋桩单桩承载力
　　根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）、《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）的规定，以及根据诺斯曼能源在河北、山东、广东、福建、安徽、黑龙江、辽宁、内蒙、西藏、甘肃、宁夏、新疆等多地的地质实地勘察与气候调研，计算出螺旋桩单桩承载力的抗压设计值均≤10KN，抗拉设计值均≤20即满足设计要求，而依据国家规范《建筑基桩检测技术规范》JGJ 106-2003的规定，须满足桩基础承载力特征值的安全系数为2，即单桩极限承载力的设计标准值大于传递到桩顶的荷载效应标准组合值的2倍。经过多地实测，采用能获得最大综合效益的1.5m~2.5m范围内的设计桩长，根据不同的地质条件下而有针对性设计的桩型在上述各地进行现场静载荷试验，获取螺旋桩单桩承载力均超过标准，确保了桩基承载力的安全储备满足现行设计规范要求。
2. 基础与上部支架连接的可靠性
　　螺旋桩通过紧固螺栓、对穿螺栓、法兰盘等多种型式，可以很方便地实现与上部各类支架的连接，并可伸缩调节立柱高度。作用在光伏支架上的荷载有自重、风荷载、雪荷载、温度荷载、地震荷载等，其中风荷载是主要的。在光伏电站的设计生命期里，风荷载具有作用频率高、作用方向不定的特点，因此无论是采用哪种方式与支架的连接，连接接头不仅要具有足够的抗拔抗压强度，还需具有抗摇晃的措施。
　　设计水平荷载下的摇摆疲劳试验是验证螺旋钢桩与上部支架连接可靠性的有效手段。目前在工程中广泛使用的由诺斯曼能源首创的内插+紧固螺栓的连接方式，是通过60000次摇摆疲劳试验证明稳定有效的，足以承受超过20kN的轴心荷载，进一步确保了螺旋桩与上部支架连接系统的可靠性。
3. 螺旋桩的防腐措施
　　螺旋桩的防腐（耐久性）可通过下面几个途径来解决：
　 （1）表面涂镀防腐层。
　　目前国内光伏电站中所使用的螺旋桩，采用得最多的防腐措施是在钢桩内外面涂镀高标准的热浸锌合金镀层。经过采用切割锤击法检测其附着力，被证明可靠有效。现场实践也证明，承受施工旋拧与土体摩擦后，合金镀层基本能保持完好。
　 （2）增加腐蚀余量：即增加钢材壁厚；
　　钢材在自然环境中的腐蚀量的实测资料不是太多，设计时可参考国内外的有关规范。英国规范BS 8002、欧洲规范Eurocode 3、我国桩基规范JGJ94对钢桩的腐蚀速率的说明见表1所示。
 

表1  各国规范对钢桩的腐蚀速率的说明

 

　　从表1中可以看出，我国规范的规定要严于英国和欧洲规范。目前光伏项目中广泛使用的螺旋桩中轴钢管的规格为外径76mm，壁厚为4mm，即使按照JGJ94的规定，对于埋置于土中的钢桩在设计寿命25年中单侧最大的腐蚀量为1.25mm，考虑腐蚀量后，桩身仍可承受的抗拉抗压荷载约为130kN，远大于光伏支架立柱所承受的抗拉或抗压荷载（约20kN左右）。
　 （3）阴极保护。
　　对于强腐蚀场区可采用埋设阳极块或外加电流对阴极进行保护。
　　综上所述，太阳能发电项目应用螺旋桩技术是安全、可靠的。

太阳能发电项目为什么要慎用螺旋桩技术？
　　美国的金门大桥以建筑奇伟、气势恢宏而著称于世。在金门大桥附近有一座刻意模仿它而建造的大桥——弯曲大桥，但知名度远逊于金门大桥。原因何在?有人意味深长地说:“这就是第一和第二的区别。”区别是什么呢?金门大桥经过设计师长期思考酝酿才设计建成，具有独特风格，是创新的桥；而弯曲大桥只不过是金门大桥的翻版，是模仿的桥。螺旋桩也正是因其结构简单，易操作、易模仿等特点使得应用螺旋桩建站技术的工程服务商逐渐增多。它们虽造型相似，内涵却大有区别，因为模仿仅是停留在浅层次的思维活动，模仿只是表面上相像而已，并且远远没有超越被模仿者，形式上的形同，永远是劣质品。
　　在2011年9月，我国海南省经受了“纳沙”台风袭击，地处台风中心的部分地面光伏发电站光伏支架被台风破坏，发生倾覆，更为严重的是有些螺旋桩基础也被强大的风力连根拔起，与光伏支架脱离，给客户造成了损失。据了解，螺旋桩从外形上区分主要分为两种：1.连续形螺旋叶片；2.两个或多个有间隔螺旋叶片。而在这次台风袭击中这部分遭到破坏的地面光伏电站均应用了连续形窄叶片的螺旋桩支架基础，可同样处于风灾中心地区的另一光伏电站项目，光伏支架基础全部采用适用于当地地质条件的有间隔双叶片的螺旋桩，螺旋桩与支架无一发生损坏。这就验证了单纯的模仿难以保证太阳能发电项目的安全。

　　另一方面，螺旋桩技术并非只是单纯的产品，它还包括诚信专业的施工资质、具丰富项目管理经验及施工管理经验等整套的实施解决方案。目前，光伏工程建设行业还没有完全规范，大有挂靠借用资质投标、违规出借资质等问题的存在，不规范的项目管理与无经验的施工管理易造成工程质量低劣，且具有重大安全隐患，导致工程质量等方面的纠纷和工程安全事故频发，对太阳能发电项目财产安全和运营安全形成负面影响。
　　通过以上分析，作为太阳能光伏电站支架基础的螺旋桩技术决不是单纯的模仿与复制，它必须有长期的实践积累及针对不同地质、气候条件下的个性化解决方案，虽然目前在国内真正的螺旋桩技术已运用成熟可靠，如不加以科学的论断而在一定程度上的滥用，对现时和未来创新技术的发展均会造成严重阻碍。
　　我们倡导合理、科学、有目的地应用螺旋桩等优秀桩基技术，同时我们也有必要做出提醒：太阳能发电站建设要慎用螺旋桩。