光伏支撑基础不均匀冻膨胀的关键是冻土地区光伏项目开发建设的核心和问题。本文结合东北地区某光伏项目在冻土地质条件下的太阳能电池板支撑基本设计方案，从基本类型选择，解决了支撑基本因冻胀不均而损坏光伏组件的问题，提出了一套基本可行的设计方案，避免冻土地区光伏支撑基本不均匀冻胀。

　　冻土地区一般具有以下气候和地质特征：

　　1)冬季气温较低，一般最低温度为-20℃以下;

　　2)土质为强冻胀土或特强冻胀土，如粘土、质地粘土等;

　　3)地表水丰富，水位高。在地表水丰富、水位高的环境中，混凝土独立基础、混凝土桩基础和需要现浇混凝土的微孔灌注桩基础的施工难度较大，冻土地区冬季气温极低，混凝土浇筑和养护质量难以保证。混凝土条状基础更适用于场地平整、地下水较低的地区(如沙漠)。在冻土地区，这种情况基本上容易出现不均匀上升和倾斜。螺旋钢管桩基成本高，不适用于强腐蚀环境和循环污泥土。

　　综上所述，在冻土地质条件下，考虑到经济性和施工便利性，在采用必要的减桩长度来防止冻胀的前提下，PHC基础是更合适的光伏支撑基础[2]。以下以东北部的一个光伏项目为例，分析冻土地质条件下的情况PHC基础的应力，以及避免其不均匀冻胀上升的措施。

　　在冻土地质条件下PHC基础应力分析

　　受冻胀力影响，PHC主要在桩的长方向承担永久荷载(PHC上部支架重量、部件重量和PHC自重等)，冻土对PHC切向冻胀力，冻土层下的土体PHC锚固力。从应力分析的角度来看，在强冻胀土或特强冻胀土地区，当最大冻深较深时，完全借助PHC为了避免不均匀的冻胀胀上升是不经济的。

　　根据地质调查报告，东北部一个光伏项目所在地的冻深为2.0m，在规范的冻深范围内，土层从上到下依次为表层耕地、粘土和质地粘土。这些土层是强冻胀土或强冻胀土;项目所在地的地下水为-1.0～-0.5m。项目初选桩径300mm的PHC作为光伏支架的基础。在冬季环境下，为了抵抗冻胀，根据JGJ118-2011[3]《冻土地区建筑基础设计规范》对桩基进行稳定检查：

　　式中，τdk,i为第一层土中企业切向冻胀力的标准值，kPa;可以通过在桩身侧面铺设应力表来测量，也可以参考规范附录C中表C.1.1的规定值;在同一类型的冻胀土中，含水量大的取大值;本项目按规范要求取值。Aτ,i为与I层土冻结在一起的桩的面积，㎡;Gk作用于桩基永久荷载的标准值，kN，包括桩基自重、上部重量、支架重量等，如果桩基在地表水中，则取浮重度;Rta锚固力特征值是在桩基深入冻胀土层后形成的，kN。

　　对于本项目的季节性冻土地基，PHC在基本侧和冻土之间Rta其实是摩阻力，可以参考JGJ118-2011[3]《冻土地区建筑基础设计规范》C.1.1-2计算，即：

　　式中，qsa,i为第一层土与桩侧表面的摩阻力特征值，kPa，根据桩基的压力，在缺乏实验材料的情况下，可以进行取值JGJ《建筑桩基技术规范》94-2008[4]确定;Aq,i为I层土内桩的侧面积，㎡。本项目按上述公式计算，光伏支架PHC基本上埋在地表内至少需要7m，对于一个光伏项目来说，这是非常昂贵的。但在非冻土季节，满足控制荷载(风荷载)的作用，PHC基本埋在地表内只需2个m。不是通过PHC基本伸入冻胀土层以增加锚固力，但采取的对策是减少冻土对桩的切向冻胀力，这样可以大大降低桩长[5]。

　　3避免PHC基本不均匀冻胀上升的措施

　　3.1避免PHC基本不均匀冻胀上升的主要措施

　　减少切向冻胀力对桩体的影响是为了避免PHC基本上是因为冻胀而上升的关键。深范围内，可以采取措施防止冻深。PHC基本上与超强冻土接触，以减少冻土对桩的切向冻胀力。本工程实践发现，在永久冻土层的桩周回填弱冻胀中粗砂作为隔离层，可以降低桩周土对桩的切向冻胀力。

　　经进一步计算，发现项目地表以下2.0m桩周围土体范围采用先引孔后回填弱冻胀中粗砂的措施后，所需桩长度最短，表面以下桩长埋深3m可满足设计要求。具体施工工艺如下:先用钻机引孔，钻头直径比桩大10~20cm，导孔完成后，用负压锤刷沥青PHC沉入建筑标高。为防止坍塌，桩完成后应立即在桩周围回填粗砂至致密，致密压实系数不小于0.94、必要时可插入振捣棒振动密实。

　　3.2其他处理PHC基本不均匀冻胀上升的措施

　　粗砂和涂刷沥青的防冻膨胀对策基本可以解决PHC基本大规模不均匀冻胀上升的问题。然而，对于一些地质变化较大的地区，一些地区，PHC少量不均匀冻胀仍可能发生，导致支架和部件变形。对于这类问题，可以采用减少每组支架的方法PHC基本数量支架的基本数量和措施来解决。

　　1)减少每组支架PHC减少基本数量PHC冻胀上升的发生率基本不均匀。当每组有20个部分时，选择4个部分PHC作为一个基础，它更经济，不均匀冻胀上升的概率也更低。还可以使用两组单独的支撑和基础支撑组，即每10个部件由两个组成PHC基本支撑，这可以进一步减少每根支撑PHC冷膨胀上升的概率基本不均匀。但是这个方案会增加一定数量的支架工程量，增量尺寸需要根据具体情况。

　　2)选择可调太阳能电池板支架，即支架设计为用桩箍固定。当单个桩发生冻胀时，可通过调整箍支架高度来纠正支架和部件，以防止支架和部件的变形和损坏。

　　4结果

　　根据对冻土区光伏支撑基础设计的分析，发现在冻土范围内桩周土中回填粗砂的形式可以减少冻土对PHC基础的切向冻胀力大大降低，进而大大降低PHC设计长度，节省工程造价。此外，通过控制每组支架PHC基本数量和可调支架的选择可以进一步处理部分PHC不均匀存在不均匀的冻胀上升，进而导致零件损坏的问题。

　　本文计算了回填后中粗砂对桩体的切向冻胀力JGJ118-2011《冻土地区建筑基础设计规范》附录表C.1.1[3]由于光伏组件与建筑基础之间存在一些差异，切向冻膨胀力标准值中的弱冻膨胀土取值应根据工程的具体情况，通过实验确定中粗砂对桩周围土切向冻膨胀力的间距尺寸。通过本工程的初步试验，回填中粗砂对桩的切向冻膨胀力与导孔回填孔径、中粗砂本身的冻膨胀特性、压实度、含水量和桩侧表面粗糙度有关。

　　基本上，对于太阳能电池板支架，在保证冻胀力大幅度降低的前提下，方案要经济，施工要方便。因此，在减少桩切向冻胀力时，仍然可以进一步分析和研究所选用的回填材料。实验表明，桩周涂刷1~2cm沥青材料还可以更好的降低切向冻胀力，具体的刷刷沥青厚度应根据不同的工程地质条件和工作温度来确定。