光伏支架钻孔灌注桩基础防腐施工关键技术研究

引言

在全球能源结构加速向低碳化转型的背景下，光伏发电产业呈现规模化、集群化发展趋势。随着光伏电站建设向荒漠、滨海等高日照资源区域集中，基础结构面临严峻的环境腐蚀挑战。尤其在干旱半干旱地区，地下水中高浓度盐分、频繁干湿循环作用以及强紫外线辐射形成多因素耦合侵蚀环境，传统混凝土结构在服役期内常出现钢筋锈蚀、混凝土剥落等耐久性劣化现象[1]。光伏支架钻孔灌注桩作为支撑系统的核心承重单元，其地下隐蔽工程的防腐失效将直接引发支架倾覆风险，进而威胁电站全周期运行安全 [2]。行业亟需构建适应极端腐蚀环境的基础防护技术体系，破解高腐蚀地质条件下结构长效稳定的技术瓶颈。

本文针对高腐蚀性地质区域光伏基础工程的防腐需求，以阿尔及利亚 Tiaret项目为背景，提出环境适配型技术研究路径。通过系统解析区域腐蚀介质作用机制，整合材料科学领域的防腐材料选择与配合比优化、结构设计维度的桩基几何与电化学防护策略，以及施工控制环节的成孔泥浆护壁防渗、混凝土灌注防腐工艺及桩头精细化处理等多学科方法，重点攻克关键技术难点。研究旨在构建涵盖材料功能强化、工艺精准调控及腐蚀监测维护的完整技术体系，形成可复制的强腐蚀环境钻孔灌注桩防护范式，为同类地区光伏基础设施提供工程指导，最终实现结构耐久性提升与全生命周期成本优化。

1 环境腐蚀特性与基础设计适配性研究

1.1 区域腐蚀介质作用机制

阿尔及利亚 Tiaret 地区独特的干旱半干旱气候特征，形成了多因子协同作用的腐蚀环境系统。地下浅层潜水富含硫酸盐、氯离子等可溶性盐类，在毛细作用下持续向地表迁移渗透。当这些腐蚀介质侵入混凝土孔隙后，盐分结晶产生的膨胀应力导致微裂缝扩展，同时氯离子穿透钢筋钝化膜引发电化学锈蚀。高温干燥条件下水分蒸发加速盐分浓缩，使结构表层形成高浓度电解质环境，进一步加剧金属构件腐蚀速率。季节性降雨带来的干湿交替循环，则促使腐蚀反应向材料纵深发展，显著削弱桩基结构整体性。

该区域频繁发生的沙尘暴裹挟碱性粉尘，在构件表面积聚后与夜间冷凝水结合，形成强碱性电解液薄膜。这种外源性腐蚀介质通过混凝土碳化层持续下渗，与地下水中的侵蚀离子形成复合侵蚀路径。日间高温与夜间低温的剧烈交替还诱发材料热应力疲劳，微裂缝网络为腐蚀介质传输提供通道。多重腐蚀机制耦合作用下，传统混凝土桩基面临化学溶解、钢筋截面损失及界面粘结失效等系统性退化风险，对光伏支架长期稳定性构成根本性威胁。

1.2 施工操作分析

在强腐蚀地质环境中，桩基防腐设计必须构建多层级协同防护体系，以抵御地下水盐分侵蚀、沙尘碱性沉积及干湿循环作用引发的复合退化风险[3]。核心策略聚焦于几何优化、材料强化与电化学协同三大维度，通过空间布局规避活跃腐蚀带、材料组分阻断介质渗透路径以及电位均衡抑制电化学反应，形成系统性防护屏障。设计需确保桩体结构不仅满足机械承载需求，更能适应长期环境应力作用，避免因局部腐蚀点引发整体失效，从而保障光伏支架在全生命周期内的稳定锚固。

几何防护通过合理配置桩径与埋深，使桩基穿透浅层松散粉细砂层，锚固于中密碎石土稳定地层，有效隔离高腐蚀性潜水影响区[4]。材料防护则整合高性能抗蚀混凝土与金属表面处理技术，混凝土中掺入抗硫酸盐外加剂以提升密实度与化学惰性，钢筋采用环氧树脂涂层或镀锌工艺形成物理隔绝层。电化学防护通过桩体接地系统与场区主地网互联，建立阴极保护电位场，中和腐蚀电流，实现从微观到宏观的全尺度腐蚀抑制。这种多维度集成设计不仅抵御了区域特定腐蚀因子的协同攻击，还为施工工艺控制与后期维护提供了可操作框架。

2 防腐材料选择与配比优化技术

2.1 防腐材料选择

针对 Tiaret 地区强腐蚀地质特性，材料体系的选择需构建物理隔绝与化学惰性协同的双重防护机制。混凝土基材采用抗硫酸盐水泥为主胶凝材料，其水化产物具备抵御硫酸根离子侵蚀的晶体结构稳定性，辅以矿渣微粉等矿物掺合料优化孔隙分布，从本质上降低介质渗透性。骨料选择重点关注岩相组成与级配连续性，优先采用低孔隙率火成岩碎石，严格控制黏土杂质含量以规避膨胀性矿物引发的内部应力破坏。功能添加剂则复合运用高效减水组分、钙基阻锈剂及微膨胀材料，通过降低水胶比提升密实度、抑制氯离子迁移活性以及补偿收缩应力，形成从微观到宏观的整体抗蚀能力提升。该材料体系设计覆盖地下桩体全截面，为结构主体提供基础性抗蚀保障。

金属构件防护采用差异化表面处理技术路线。钢筋笼主体应用熔融结合环氧粉末涂层技术，其通过高温固化形成连续无针孔的致密隔离层，有效阻断地下水电解质与金属基体的直接接触。连接件及外露部位采用热浸镀锌结合有机涂层复合工艺，利用锌层的牺牲阳极保护特性与有机面漆的耐候性优势，应对干湿交替环境下的机械磨损与紫外线老化。材料选型过程需验证各防护层间的兼容性及长期服役稳定性，确保在桩基全生命周期内维持持久的防腐效能，从而支撑光伏支架体系在极端腐蚀环境中的结构完整性要求

2.2 配合比优化

混凝土配合比设计以提升密实性与化学稳定性为核心导向，通过胶凝材料体系重构与功能添加剂协同作用实现抗蚀性能的本质强化。采用抗硫酸盐水泥作为主体胶凝材料，其特有的低钙硅酸盐矿物组成可抑制硫酸盐侵蚀下的膨胀性产物生成；复合掺加矿粉等活性掺合料，优化水化产物形貌并细化毛细孔隙结构，显著降低介质传输速率。骨料级配遵循连续分布原则，严格控制含泥量与软弱颗粒占比，确保界面过渡区致密性。减水组分的高效引入大幅降低水胶比，同步提升混凝土早期强度发展速率与长期抗渗能力，从源头上阻断腐蚀因子渗透路径。

关键工艺控制聚焦于外加剂的精准复配与掺加工序时序。阻锈剂选择具有离子锚定效应的钙基化合物，通过化学吸附机制固定游离氯离子，延缓钢筋脱钝进程；微膨胀组分则补偿混凝土硬化阶段的收缩应力，避免微裂缝形成导致的局部腐蚀加速。各添加剂掺入顺序遵循" 先减水、后功能" 原则，确保分子级分散效果。搅拌过程采用分阶段投料工艺，延长活性组分的作用时间窗口，使混凝土在流动性与抗离析性平衡状态下完成灌注，最终形成均质、高密实的地下防护实体。

3 施工过程防腐关键控制技术

3.1 成孔阶段泥浆护壁防渗控制

成孔阶段的泥浆护壁系统是抵御松散地层渗漏坍塌的核心技术保障。针对Tiaret 场址浅层粉细砂与碎石土交互的地质特性，采用膨润土基复合浆液作为主要护壁介质，通过调整黏度与胶体率形成动态支撑膜层。浆液中掺入水溶性聚合物增强悬浮携渣能力，使钻屑均匀分散于流体中，避免沉渣淤积导致的孔壁应力失衡。黏度控制需平衡润滑需求与结构支撑强度，既保证钻头顺畅推进，又能在孔壁形成低渗透性泥皮隔膜，有效阻隔地下水渗透压力对松散砂层的潜蚀作用，为后续混凝土灌注创造几何尺寸稳定的腔体环境。

泥浆性能的实时监测与动态调整构成质量控制的关键环节。依据地层变化特征实施差异化护壁策略：钻进松散粉细砂层时提升浆液黏稠度与胶体稳定性，增强对流砂运动的约束力；进入碎石土层后侧重控制滤失量，减少水分渗透引发的孔壁土体软化。通过周期性检测浆液流变参数与含固量，及时补充新鲜浆液或调整添加剂比例，维持护壁效果的持续性。该过程同步关注孔内液位稳定，确保静水压力始终高于外围地下水压力梯度，形成内外压力差驱动的主动防渗机制，最终实现孔壁零塌陷的成孔质量目标。

3.2 混凝土灌注防腐施工工艺

混凝土灌注过程的核心在于保障水下浇筑的连续性与均匀性，避免因断桩或离析形成结构薄弱带。采用双导管并行灌注技术，通过精密控制导管埋入深度，维持混凝土在孔内流动的连贯性，确保桩体截面完整填充无空洞。灌注作业需在限定时间内完成，减少外界环境干扰导致的材料分层风险。针对桩顶易受腐蚀介质侵袭的区域，实施防腐剂梯度添加策略，在混凝土终凝前掺入硅烷基浸渍材料，其通过毛细作用深入孔隙形成憎水分子膜，有效阻断地下水盐分及湿气的纵向渗透路径。该工艺体系将施工效率与防腐效能深度融合，为桩基提供从内部到表层的系统性防护。

防腐功能强化聚焦于材料界面优化与微观结构改良。硅烷浸渍剂的应用遵循渗透深度与浓度梯度原则，在桩体上部形成由密至疏的防护层梯度分布，兼顾表层的刚性屏障与深部的弹性缓冲。灌注后实施桩顶密封处理，结合水泥基渗透结晶材料与高分子密封胶的复合涂覆，封闭表面微裂隙并修复施工损伤。同步整合电位均衡措施，在桩头预埋导电元件并连接接地网，中和电化学腐蚀电流。这套集成工艺不仅抵御了区域高盐度地下水的化学侵蚀，还消除了干湿循环引发的物理劣化，最终实现桩基在全埋深范围内的耐久性协同提升。

3.3 桩头精细化处理技术

桩头作为灌注桩与上部支架的荷载传递枢纽，其暴露于干湿交替的临界区域，需构建多重功能梯度密封体系以抵御环境介质的协同侵蚀。首层防护采用水泥基渗透结晶活性材料涂覆凿毛表面，通过化学反应生成枝蔓状水化硅酸钙网络，封闭混凝土毛细孔隙并赋予基体自修复能力。中层涂敷聚硫醚类高分子密封胶形成连续弹性膜层，其分子链中的硫醚键提供优异的耐候性与变形追随性，有效缓冲温度应力导致的伸缩位移。表层覆盖定制化不锈钢防护罩，通过机械锁扣实现物理隔绝，彻底阻断紫外线老化、风沙磨蚀及雨水冲刷对密封界面的破坏。该三重防护通过化学键合与物理锚固的协同作用，实现桩头结构在极端环境下的长效密封完整性。

电位均衡设计是抑制电化学腐蚀的核心策略。桩顶预埋镀铜钢导电元件，其铜层与钢芯的冶金结合界面确保电荷高效传输，通过截面优化的铜绞线与场区主接地网形成低阻抗通路。连接节点采用熔焊工艺消除接触电阻，使桩体与大地维持等电位状态，中和杂散电流引发的腐蚀原电池效应。该体系同步集成腐蚀监测功能，预埋传感器实时反馈桩头电位状态，为后期阴极保护电流调控提供数据支撑。这种机电一体化的防护设计，从根本上瓦解了盐分富集区金属构件的电偶腐蚀风险，为光伏支架系统创造零电位差的锚固基础。

3.4 桩基无损检测与耐久性评价

桩基施工完成后的无损检测与耐久性评价是验证防腐体系有效性的核心环节。综合采用声波透射法与低应变反射波法进行桩身完整性检测，通过分析应力波传播特征识别混凝土内部离析、空洞或裂缝等隐蔽缺陷。耐久性评价聚焦腐蚀发展进程监测，在桩体关键截面预埋混凝土电阻率传感器与钢筋锈蚀电位探头，实时获取介质渗透深度、氯离子浓度分布及钢筋活化状态等参数，结合现场取芯试样的微观孔隙结构分析，定量评估防腐材料在长期盐碱侵蚀环境中的性能退化规律。该评价体系融合原位监测数据与实验室加速老化试验结果，建立腐蚀速率预测模型，为后期阴极保护电流调控及硅烷再涂维护提供决策依据，最终实现桩基全寿命周期的预防性管理。

4 结论

本研究针对强腐蚀环境光伏支架基础防护难题，通过阿尔及利亚 Tiaret 项目实践形成一套可落地的技术方案。首先深入解析盐碱土壤、沙尘干湿循环等腐蚀机理，针对性提出桩基深度锚固稳定层、混凝土掺抗蚀材料、钢筋环氧涂层的三重防护策略。在材料应用层面，优化抗硫酸盐水泥配比，严控骨料级配，确保混凝土密实抗渗；金属构件采用差异化防护，主筋环氧包覆，连接件热镀锌加有机涂层，兼顾长期耐候性。施工过程狠抓三个关键环节：成孔阶段膨润土泥浆护壁防塌孔、双导管连续灌注防断桩、桩头三层密封加电位均衡防电化学腐蚀。该技术体系经工程验证，有效提升桩基在极端环境下的服役寿命，为同类项目提供可直接复用的解决方案，切实保障光伏电站基础结构安全。

参考文献

[1] 王立强 . 钻孔灌注桩施工技术在建筑工程中的应用 [J]. 产业创新研究 ,2025,(14):120-122.

[2] 燕全会 . 桩基后注浆技术的应用探讨及施工技术管理 [J]. 广东建材 ,2025,41(07):138-144.

[3] 王 松 青 . 路 桥 施 工 中 钻 孔 灌 注 桩 施 工 技 术 [J]. 全 面 腐 蚀 控制 ,2019,33(03):59-60.

[4] 苏志欣 , 杨玉霞 . 某电厂桩基防腐研究成果及运用 [J]. 武汉大学学报( 工学版 ),2017,50(S1):138-143.