一种冻土区光伏支架安装用抗冻胀桩基础及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种冻土区光伏支架安装用抗冻胀桩基础及其施工方法，属于冻土区桩基础技术领域。该抗冻胀桩基础包括光伏支架、预制管桩、支架连接段、抗冻胀段和固定段，支架连接段位于预制管桩上方用于连接光伏支架与桩基础；抗冻胀段中填充抗冻胀材料消除了土体冻胀对工程的影响，并起到了抗土体冻胀的作用；固定段位于预制管桩下端起到提升桩身稳定性和抗拔力的作用；该施工方法包括：挖孔、清孔、浇筑插芯混凝土、安装桩靴定位器、振动植桩、安装居中定位器、填充抗冻胀材料、套筒和浇筑填芯混凝土等。本发明专利技术解决了原有桩周冻胀土换填技术耗时耗力的问题，并且预制管桩的选用可以省去由于桩身养护所花费的时间，从而加快施工进度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种冻土区光伏支架安装用抗冻胀桩基础及其施工方法


[0001]本专利技术属于冻土区桩基础
，尤其涉及一种冻土区光伏支架安装用抗冻胀桩基础及其施工方法。

技术介绍

[0002]我国光资源丰富区与季节性冻土区在空间地域上普遍重叠，大量光伏发电站建设项目位于西北、东北的高纬度季节性冻土地区，这些地区在冬季温度降低后，冻结深度最大可达2m～3m，冻胀变形量在几厘米甚至几十厘米，春季气温升高后，冻土融化还会产生融沉变形。光伏支架基础是将安装光伏组件的支架结构所承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分，光伏支架及其上的光伏组件的自重轻，与建筑结构的基础相比，光伏支架基础所承受的荷载相对较小，在冻土区环境下对基础的抗冻拔不利，光伏支架基础常会因冻胀融沉产生较大位移，导致光伏板波浪形变形，影响光伏发电效率。光伏发电站项目的占地面积大、基础数量多，后期基础发生冻拔破坏后维修成本高，其安全性、经济性对整个工程的影响很大。
[0003]当前光伏支架基础主要采用桩基础形式，主要有灌注桩和预制桩两大类。灌注桩是直接在桩位上就地成孔，然后孔内安放钢筋笼灌注混凝土而成，虽然对地层的适应性较强、承载力高，但存在成本高、能耗高、泥浆排放量大等不足。预制桩是在工厂加工成型后现场用沉桩设备将桩打入、压入或振入土中或通过钻机成孔，孔内灌入充填料(水泥土、水泥砂浆、混凝土等)，再植入直径较小的预制桩，具有承载力高、造价低、施工速度快和工期短等优势。由于预制桩与同等承载性能的灌注桩相比，混凝土用量、耗钢量均可大幅度降低，节约大量水泥、砂石和钢材等资源，减少“三废”排放，且能明显缩短施工工期，在光伏支架基础工程中预制桩得到越来越广泛的应用。
[0004]在季节性冻土区的光伏电站工程必须考虑光伏支架基础的冻胀力，并采用有效的桩基础结构形式和施工方法，减少或消除冻胀力，以确保光伏支架结构在冻土区域中安全与稳定。当前季节性冻土地区应用预制桩作为的光伏支架基础时，冻土层范围内产生向上的冻拔力，为了抵抗光伏支架基础的冻拔力，抗冻拔力只能依靠冻土层以下的桩侧摩阻力来实现，为此，常采取直接加长桩长的方法，这会明显增加工程成本，也会给施工带来困难。因受限于成本、传统的冻胀防治方案，如强夯法、置换法和桩身加长法在光伏发电站建设项目中可行性较差，因此，通过适当的构造和施工方法消除冻土层内的冻拔力则可以明显减少桩长，在降低成本的同时，提高工程的安全性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种冻土区光伏支架安装用抗冻胀桩基础及其施工方法，其目的是克服现有技术中桩周冻胀土换填技术耗时耗力的问题，其结构合理，施工方便，能有效减少或消除作用桩基础上的冻胀力，以确保光伏支架结构在冻土区域中安全与稳定。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术一种冻土区光伏支架安装用抗冻胀桩基础包括光伏支架、预制管桩、支架连接段、抗冻胀段和固定段；
[0008]支架连接段包括钢护筒、桩顶端板、支架底板和螺杆，支架连接段位于预制管桩上方用于连接光伏支架与桩基础；钢护筒套接于预制管桩，钢护筒与桩顶端板固定连接；螺杆位于预制管桩内穿过支架底板的预留孔洞，出露于支架底板以上；
[0009]抗冻胀段包括抗冻胀层、最大深冻线和居中定位器；抗冻胀层位于最大冻深线以上；居中定位器的底端设在最大深冻线位置处；
[0010]固定段包括桩靴定位器和桩底端板，桩靴定位器位于预制管桩底部，桩靴定位器与桩底端板固定连接。
[0011]进一步地，钢护筒的内径大于桩顶端板的外径。
[0012]进一步地，支架底板为带预留孔的长方形钢板，支架底板嵌入填芯混凝土的深度为板厚度的1/2
‑
2/3。
[0013]进一步地，居中定位器包括外圆筒、内圆筒和连接钢板，内圆筒和外圆筒套接，内圆筒和外圆筒通过连接钢板连接。
[0014]进一步地，外圆筒和内圆筒等高，外圆筒的外壁与桩基础的桩孔壁之间预留有间隙，外圆筒外径为桩孔孔径减去桩孔壁与外圆筒外壁之间的预留间隙；内圆筒内壁与桩外壁之间有预留间隙，内圆筒内径为预制管桩外径加上内圆筒内壁与桩外壁之间的预留间隙。
[0015]进一步地，桩靴定位器包括桩靴外圆筒、桩靴内圆筒、桩靴连接钢板、底板和底部锥尖，桩靴内圆筒与桩靴外圆筒套接，桩靴内圆筒与桩靴外圆筒通过桩靴连接钢板固定连接，底部锥尖与底板固定连接，桩底部端板与底板固定连接。
[0016]进一步地，桩底部端板为圆环状，桩底部端板外径尺寸与预制管桩直径一致，内径尺寸与桩芯的桩径尺寸一致，板厚取10
‑
15mm。
[0017]进一步地，抗冻胀材料10为聚氨酯泡沫或EPS泡沫混合土等。
[0018]一种冻土区光伏支架安装用抗冻胀桩基础施工方法包括以下步骤：
[0019]s1、在待施工区域旋挖成孔至设计深度，挖孔孔径等于桩基础桩径或大于桩基础桩径200
‑
300mm；
[0020]s2、向孔中浇筑插芯混凝土；
[0021]s3、将桩靴定位器与桩底部端板连接并形成一个整体，再将桩身牵引至桩孔正上方并使得桩靴定位器的锥尖对准桩孔圆心，初步完成桩身的居中对位；
[0022]s4、将预制管桩植入插芯混凝土中；
[0023]s5、待插芯混凝土初凝到能够较好承载居中定位器后，将居中定位器从预制空心管桩桩顶端位置下放至最大冻深线位置处后
[0024]s6、填充抗冻胀材料；
[0025]s7、对桩基础桩端周侧进行防水处理；
[0026]s8、将托板、拉杆、横杆三者依次连接形成填芯模具，再将螺杆、支架底板、螺母三者依次连接形成支架连接构件；将钢护筒内壁与桩顶端板通过焊枪焊接连接，完成桩顶位置处钢护筒的安装连接；
[0027]s9、将上一步中所组装的构件通过填芯混凝土振捣浇筑成一个整体。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0029]本专利技术一种冻土区光伏支架安装用抗冻胀桩基础包括支架连接段、抗冻胀段和固定段；支架连接段包括钢护筒、端板、支架底板和螺杆；支架连接段位于预制管桩上方用于连接光伏支架与桩基础；钢护筒内径大于预制管桩端板外径，与桩顶端板焊接连接并以此提高桩顶端抗剪强度来起到保护桩顶端的作用，同时也起到浇筑模具的作用；抗冻胀层位于最大冻深线以上，桩外壁与桩孔壁之间，填充抗冻胀材料消除了土体冻胀对工程的影响，并起到了抗土体冻胀的作用；桩靴定位器位于预制管桩最底端与桩底部端板焊接连接，随桩体一同从桩孔顶部由上往下植入至插芯混凝土中，并与桩身周侧的插芯混凝土形成整体，二者共同工作起到封堵和引导以及桩身居中定位的作用，并与周围的插芯混凝土形成一个整体显著提升桩身稳定性和抗拔力。
[0030]进一步地，钢护筒内径大于桩顶端板外径并以此提高桩顶端抗剪强度来起到保护桩顶端的作用，同时也起到浇筑模具的作用。
[0031]进一步地，支架底板嵌入填芯混凝土的深度为支架底板板厚度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冻土区光伏支架安装用抗冻胀桩基础，其特征在于，包括光伏支架(1)、预制管桩(11)、支架连接段(17)、抗冻胀段(18)和固定段(19)；支架连接段(17)包括钢护筒(5)、桩顶端板(20
‑
1)、支架底板(3)和螺杆(8)；钢护筒(5)套接于预制管桩(11)，钢护筒(5)与桩顶端板(20
‑
1)固定连接；螺杆(8)位于预制管桩(11)内穿过支架底板(3)的预留孔洞，出露于支架底板(3)以上；抗冻胀段(18)包括抗冻胀层、最大深冻线(12)和居中定位器(21)；抗冻胀层位于最大冻深线(12)以上；居中定位器(21)的底端设在最大深冻线(12)位置处；固定段(19)包括桩靴定位器(16)和桩底端板(20
‑
2)，桩靴定位器(16)位于预制管桩(11)底部，桩靴定位器(16)与桩底端板(20
‑
2)固定连接。2.根据权利要求1所述的一种冻土区光伏支架安装用抗冻胀桩基础，其特征在于，钢护筒(5)的内径大于桩顶端板(20
‑
1)的外径。3.根据权利要求1所述的一种冻土区光伏支架安装用抗冻胀桩基础，其特征在于，支架底板(3)为带预留孔的长方形钢板，支架底板(3)嵌入填芯混凝土(7)的深度为支架底板(3)板厚度的1/2
‑
2/3。4.根据权利要求1所述的一种冻土区光伏支架安装用抗冻胀桩基础，其特征在于，居中定位器(21)包括外圆筒(21
‑
1)、内圆筒(21
‑
2)和连接钢板(21
‑
4)，内圆筒(21
‑
2)和外圆筒(21
‑
1)套接，内圆筒(21
‑
2)和外圆筒(21
‑
1)通过连接钢板(21
‑
4)连接。5.根据权利要求4所述的一种冻土区光伏支架安装用抗冻胀桩基础，其特征在于，外圆筒(21
‑
1)和内圆筒(21
‑
2)等高，外圆筒(21
‑
1)的外壁与桩基础的桩孔(15)壁之间预留有间隙，外圆筒(21
‑
1)外径为桩孔(15)孔径减去桩孔(15)壁与外圆筒(21
‑
1)外壁之间的预留间隙；内圆筒(21
‑
2)内壁与桩外壁之间有预留间隙，内圆筒(21
‑
2)内径为预制管桩(11)外径加上内圆筒(21
‑
2)内壁与桩外壁之间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：于永堂，欧阳山，王小勇，梁谊，张红丽，唐丽云，刘超，蔡晶，曾涛，聂晓琛，张志毅，杨少飞，
申请(专利权)人：中联西北工程设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：