沙漠光伏支架安装的地基处理技术与稳定性分析

引言

沙漠地区的太阳能资源丰富，但是，这种极端环境下，对光伏支架地基的要求更加严苛。沙漠的沙土比较松散，承载性非常低，就要采用轻量化的混凝土基础，结合使用深埋设计方式，提高基础的平衡稳定性，且降低成本。沙漠属于强风带，当大风刮起的时候，会携带沙粒冲击光伏板以及支架，由此导致机械磨损现象，如果采用传统的静态防护措施，难以获得良好效果[1] 。为保证沙漠光伏支架安装的地基稳定，就要采用创新技术，准确把握处理技术要点并合理应用是非常必要的，以提升光伏支架稳定性。

1. 沙漠光伏支架地基处理技术要点

漠光伏支架地基处理工作中，主要解决土壤持续流动以及承载能力不足的问题。相关技术要点如下：

1.1 深埋式立柱结构

应用C 型钢立柱设置四组，柱子之间的距离相等，使用六角螺栓螺母固定好，与传统方案相比较，立柱使用量可减少 60% ，打桩数量减少，施工难度降低。立柱插入到沙漠土壤中，基于地质环境特点调整深度，通常在地表下1.5-2m 之间。将土壤摩擦力充分利用起来，使得抗拔力增强。

1.2 防沉陷基础设计

立杆底端安装横板，采用焊方式连接，还要增加插杆，使得竖直方向的受力面积增加；配合连接竖板、圆盘以及连接杆，构成侧向支撑结构，使得立柱侧向倾斜风险降低幅度超过 30% 。比如，将横板焊接到立杆上，然后埋入到地下，以多向受力方式使得沙漠土壤流动过程中所产生的压力分散，可缓解压力。

1.3 组合式基础优化

应用斜支撑连接板将斜梁与斜支撑安装在三角架构上并固定好，结合扇形垫片，使得斜拉杆连接节点的强度提升，整体结构提升抗风载能力，能够达到15 级风压标准。

2. 提升光伏支架稳定性的关键技术措施

2.1 结构设计优化

（1）三角稳定体系

斜梁与立柱呈40°夹角，通过斜支撑、斜支撑连接板形成三角形稳定结构，较传统平面结构抗变形能力提升40%。斜拉杆与扇形垫片配合，可有效分散风沙荷载对立柱的冲击力。具体的做法是将斜梁与立柱之间呈现出 40^∘ 夹角，采用刚性连接方法，以斜支撑与专用连接板之间构成封闭的三角结构。采用这种力学最优设计方式，可有效抑制结构受到强风影响而出现侧向位移，避免扭转变形问题。特别是突发性阵风或者沙尘暴的时候，这种方法的效果非常好。应用斜拉杆可使得整体刚度增强，结合使用特制的扇形垫片，连接部位为面接触，节点抗剪能力以及抗拉性能提升，确保荷载快速有效地向地基传递。

（2）模块化檩条组合

应用檩条连接件安装檩条一、檩条二，配合檩托在斜梁上固定。采用这种方式，零件数量大幅度减少，提升安装效率。这种设计可在现场快速组装，有很高的灵活度，对沙漠环境有良好的适应性。需要注意的是，采用这种模块化结构，具有良好的容错性，可根据实际需要调节，如果沙漠地形的起伏比较小，对于如此导致的标高差异也可以很好地适应，保证光伏组件安装面有良好的平整度，发电效率有保证[2] 。

（3）动态防护机制

运行动态防护机制，主要发挥作用的是可旋转光伏托架以及遮挡箱结构，如果风速已经达到 12m/s（六级风）的时候，光伏板以电动推杆的驱动而下降，保护程序自动运行，遮挡板防护启动，30 秒内完成两侧的金属遮挡板展开并构成封闭防护舱的整个流程。这种封闭防护结构可避免风沙冲击下造成的光伏板表面划伤或者玻璃破裂，光伏板风沙损伤率大幅度降低，甚至可达到60%，组件使用寿命延长。

2.2 材料与连接工艺（1）施工材料

施工材料方面，异型钢材为重要趋势。C 型钢的主要特点是截面合理且具备优异的抗弯性能，其自身的重量轻等，被用于立柱与斜梁的主体结构。同等重量下，C 型钢相比较于传统的矩形管，抗弯强度显著提升，幅度可达到 35% ，同时，整体结构重量大幅度减轻，运输过程中所消耗的成本降低，避免对地基产生很大的压力。需要注意的是，这种材料的开放截面使得排水更加方便，还有利于通风[3] 。如果在雨季或者结露环境，不会被腐蚀，其自身性能不会受到影响，使用寿命长。

（2）连接工艺

连接工艺方面，高强度六角螺栓结合使用防松垫片，可保证节点的可靠性。每一个连接节点都要具备复杂的剪切、拉伸以及弯矩作用的承受能力，所以，连接件要具备很高的抗剪能力，通常会达到120kN，即便是15级风压下的极限荷载，也能够充分满足。防松垫片应用双耳锁紧设计方式，即便处于长期振动环境下也不会产生松动现象，避免螺栓脱落，保证结构的稳定性。

2.3 环境适应性改进

（1）抗风沙设计

优化支架迎风向角度，与主导风向呈现出30°教，结合使用遮挡箱、防护板等被动防护装置，使得光伏板表面风沙磨损量降低幅度可达到 50% 。同时，还要在支架前端安装导流板或者遮挡箱，可实现气流疏导，同时发挥物理屏障作用，使得风沙粒子绕行或者沉降，不会直接冲击到光伏板表面[4] 。

（2）温度适应优化

沙漠地区昼夜温差极大，应用热镀锌防腐技术对钢材处理，使其处于-40℃（冬季夜间）至70℃（夏季地表温度）环境下，热胀冷缩效应强烈，结构依然保持稳定，平均每年的腐蚀速率不会超过0.02mm。这是因为钢材均进行热镀锌处理，提高防腐性能，锌层厚度超过80μm，即便极端温变下，结构不会受到很大影响。

（3）基础排水改进

沙漠降雨稀少，但偶尔降暴雨也会出现局部积水，导致沙土软化，甚至出现塌陷现象。可在地基周围铺设30cm 厚的砂石过滤层，上面覆盖土工布，快速渗排系统形成。雨水能够快速下渗，防止基础周围形成滞水区，避免沙丘局部液化，防止沉降。

结束语：

通过研究明确，近年来，沙漠光伏地基处理中采用多维度创新技术，基础结构得以优化，防护智能化，提高了地基的稳定可靠性。随着沙漠光伏支架地基处理技术的持续升级，促使新能源开发工作与荒漠治理协同开展起来，使得干旱地区能源得以充分利用，实现能源与环境的可持续发展。

参考文献：

[1] 丁晓勇.光伏支架 H 型钢桩现场试验承载特性分析[J].地基处理， 2022， 004(6):490-495.

[2] 刘欢，伍雄，易坤.湿陷性黄土地区光伏支架基础不均匀沉降问题及解决措施[J]. 百科论坛， 2020，000（13）：31-35.

[3] 赵玉鄂，王凯，戴桂兴，等.大坡度山地双立柱光伏支架安装技术探讨[J].红水河，2024，043(4):106-109.

[4] 徐磊.柔性支架钢索安装技术在柔性光伏支架安装工程中的应用[J].中国地名， 2024，000(5):214-216.