螺旋钢桩承载力计算.doc

太阳能发电站支架基础的设计与施工
太阳能发电站支架基础设计应注重地方经验，坚持因地制宜、保护环境、节约资源；综合考虑上部支架结构的类型与使用功能、荷载特征、工程地质与水文地质条件、施工条件与工期要求等因素。目前常用光伏支架基础可选独立基础、条形基础、桩基础等形式。独立基础埋置较深，土方开挖回填量较大。条形基础埋深浅，土方开挖回填量较小，混凝土用量较大。这两种基础较桩基础材料用量大、开挖回填量大、施工步骤多、施工费时费力、造价高且对地表扰动大,破坏环境。桩基础材料用量小，土方开挖量较小，对原植被破坏小，施工快捷，既能满足组件基础稳定要求又经济适用，为目前光伏电站支架基础首选形式。
光伏支架桩基础可分为微型钢筋混凝土灌注桩和螺旋钢桩，以下就两种桩基承载力进行说明。

螺旋钢桩承载力计算
螺旋钢桩的承载力受地质条件、桩型参数、施工扭矩等多方面因素的影响，对其精确计算尚有困难,目前没有规范规定具体计算方法。一般是根据桩型参数（特别是叶片间距）的改变，对经验公式进行修正后计算螺旋钢桩承载力。单盘承载力法假定承载力破坏发生在每单片叶片上，此叶片如同一个钢盘，则单桩极限承载力为每个钢盘在深基础破坏模式（见图2-6 2-7）下的极限承载力之和，各盘间中轴的土侧摩阻力不再考虑。上部无钢盘段的中轴直径较大且长度较长（不小于5倍最上一个钢盘的直径）时，该段的侧摩阻力可以考虑。本工程因不满足上述条件，不考虑中轴侧摩阻力。计算模型见图2-8：

计算公式: Quk=∑Qik
Qik=Ah(c*Nc+q*Nq)≤Qs
式中：Quk-单桩竖向抗压/抗拔极限承载力；
Qik-单盘竖向承载力；
Ah-叶片投影面积；
c-土的粘聚力，对抗压/抗拔情况取该盘下/上3倍盘直径内土层参数；
Nc、Nq-承载力系数，对抗压/抗拔情况取该盘下/上3倍盘直径土层范围土的有效应力内摩擦角，取值按图4.30查表；
q—基础埋深范围土自重压力γd;
Qs-土承载力上限值；

本工程土质按粉质粘土考虑，c=26Kpa φ=200
查表知Nc=17.5 Nq=7
Ah=0.0314㎡
本工程桩参数详图1：

Q1k=Ah(c*Nc+q*Nq)=0.0314（26x17.5+22x7）=19.13KN
Q2k=Ah(c*Nc+q*Nq)=0.0314（26x17.5+34x7）=21.76KN
Quk=Q1k+ Q2k=19.13+21.76=40.89KN
经计算上述条件下该桩的抗拔极限承载力约为4t,其余土质、桩长度、叶片数量及面积另行计算，计算极限承载力作为为理论数据仅供参考，实际工程以现场试验为准。

微型钢筋混凝土灌注桩承载力计算
光伏支架钢筋砼灌注桩基础根据受力特点，一般进行桩土共同作用提供的承载力和桩自身的材料强度验算两方面。与普通工民建行业桩基相比，太阳能电站支架基础所用的桩一般为小直径（300mm以下），短桩长（2m左右）的微型桩，套用《建筑桩基技术规范》进行验算外，应强调现场试验的重要性。
  单桩竖向承载力特征值按《建筑桩基技术规范》JGJ94 -2008第5.2.2条公式5.2.2计算：
Ra=Quk/K
         式中：
                Ra  —— 单桩竖向承载力特征值；
           Quk  —— 单桩竖向极限承载力标准值；
               K  —— 安全系数，取K=2。
一般桩的经验参数法
此方法适用于除预制混凝土管桩以外的单桩。
 按JGJ94-2008规范中第5.3.5条公式5.3.5计算：

Qsk —— 总极限侧阻力标准值；
Qpk —— 总极限端阻力标准值；
u—— 桩身周长；
li —— 桩周第 i 层土的厚度；
Ap —— 桩端面积；
qsik —— 桩侧第 i 层土的极限侧阻力标准值；参考JGJ94-2008规范表5.3.5-1取值，用户需在地质资料土层参数中设置此值；对于端承桩取 qsik=0；
qpk —— 极限端阻力标准值，参考JGJ94-2008规范表5.3.5- 2取值，用户需在地质资料土层参数中设置此值；对于摩擦桩取qpk=0；
单桩极限承载力标准值计算：
钻孔灌注桩直径取Ф300，试取桩长为1.6 米，有效计算桩长取1米
层号
土层名称
土层厚度（m）
侧阻qsia（Kpa）
端阻qpa（Kpa）
抗拔系数λi
1
粉质沙土
0.5
25
/
0.75
2
粉质粘土
0.5
15
/
0.75
根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）8.5.5条：
单桩竖向承载力特征值计算公式：（本工程按摩擦桩计算）

经计算：Ra=0+3.14×0.3×（25×0.5+15×0.5）＝18.84KN
单桩竖向抗拔承载力特征值计算公式：

式中： Ra，---单桩竖向承载力特征值；
   λi---桩周i层土抗拔承载力系数；
   Gpk ---单桩自重标准值（扣除地下水浮力）
经计算：Ra，＝18.84×0.75+3.14×0.15×0.15×1.6×25=15.896KN
本计算为经验计算公式，最终以现场实验取得数值为准。
另外需注意桩基的持力层、进入持力层深度，如桩长全范围均是回填土，则应对回填土施工提出严格要求，否则桩基应穿过回填土层，并尽量避免同一支架基础跨越天然地基与回填地基。