光伏支架基础设计计算大纲

2/2光伏支架基础设计计算大纲一、编制依据与适用范围1.1编制依据本大纲严格遵循现行国家及行业光伏支架基础、地基基础相关规范标准，所有计算方法、公式及参数取值均以规范条文与工程通用理论为依据，确保计算结果的科学性与合规性，主要依据包括：《太阳能发电站支架基础技术规范》（GB51101-2016）《光伏支架结构设计规程》（NB/T10115-2018）《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010，2015年版）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010，2016年版）《螺旋桩基础技术规程》（JGJ/T406-2017）1.2适用范围本大纲适用于地面光伏电站、屋面分布式光伏电站的支架基础设计计算工作，涵盖螺旋桩基础、柱下独立基础、配重基础、微型桩基础、岩石锚杆基础等各类主流光伏基础形式，涵盖平原、山地、软土、冻土、沿海盐雾、屋面等各类场地工况，可作为光伏支架基础设计阶段计算工作的统一指导框架，与光伏支架主体设计大纲形成完整的光伏支架设计体系，满足光伏支架基础50年设计寿命的全周期安全要求。二、基础设计参数计算2.1场地岩土工程参数场地岩土参数是基础承载力计算的核心基础，核心参数及取值规则如下：地基承载力特征值：常规粉质黏土：fak=120200砂土：fak=150300软土：fak=60100岩石：fak=10005000土的抗剪强度指标：内摩擦角ϕ：粉质黏土取10\20°，砂土取25\35°，软土取5~10°粘聚力c：粉质黏土取15\30kPa，砂土取0\10kPa，软土取10~20kPa土的物理参数：土的天然密度ρ：常规土取1.8\2.0g/cm³，饱和土取2.0\2.2g/cm³压缩模量Es：粉质黏土取4\15MPa，砂土取10\30MPa，软土取场地冻深参数：

标准冻深z0，根据地区取值：东北取1.5\2.5m，华北取0.8\1.5m，南方取0~0.5m2.2基础材料力学参数基础的材料力学参数，是基础结构强度计算的基础，核心参数及取值如下：混凝土材料参数：C20混凝土：轴心抗压强度fc=9.6MPa，轴心抗拉强度ft=1.1C30混凝土：轴心抗压强度fc=14.3MPa，轴心抗拉强度ft=1.43保护层厚度：常规环境取30mm，沿海腐蚀环境取50mm钢筋材料参数：HRB400钢筋：抗拉强度fy=360MPa，弹性模量HPB300钢筋：抗拉强度fy=270MPa，弹性模量螺旋桩钢材参数：Q235B钢管：许用应力f=215MPa，弹性模量E=2.06×105MPa，常规管径76\168mm，壁厚2.3上部结构荷载参数上部支架传至基础顶面的荷载，是基础设计的输入条件，核心参数如下：竖向荷载：压力荷载Nck：自重、雪荷载产生的压力，常规单柱基础取拔力荷载Twk：风荷载产生的上拔力，常规单柱基础取5~30kN，台风地区可达水平荷载：

水平剪力Hwk：风荷载、地震荷载产生的水平力，常规单柱基础取弯矩荷载：

弯矩Mwk：风荷载产生的倾覆弯矩，常规单柱基础取10~50kN・三、螺旋桩基础设计计算3.1螺旋桩基础选型螺旋桩是光伏支架最常用的基础形式，根据场地条件选型：平原土层场地：采用单叶片螺旋桩，桩长1.5\2.5m，管径76\114mm，适用于常规平原光伏电站软土场地：采用多叶片螺旋桩，桩长3\5m，管径114\168mm，适用于软土、淤泥质土场地砂土场地：采用大叶片螺旋桩，桩长2\3m，叶片直径200\300mm，提高砂土的端阻力冻土场地：采用热镀锌螺旋桩，桩长大于冻深0.5m，避免冻胀拔起3.2螺旋桩竖向抗压承载力计算单桩竖向抗压极限承载力，根据GB51101的公式计算：

Q参数说明：Quk：单桩竖向抗压极限承载力标准值（kNQsk：总极限侧阻力标准值（kNQpk：总极限端阻力标准值（kNu：桩身周长（m），对于76mm管径，u=0.239m；114mm管径，u=0.358mqsik：桩侧第i层土的极限侧阻力标准值（kPa淤泥质土：10~20kPa粉质黏土：20~50kPa粉土：30~60kPa砂土：40~80kPali：桩侧第i层土的厚度（mqpk：桩端土的极限端阻力标准值（kPa粉质黏土：80~150kPa砂土：150~300kPaAp：桩端的投影面积（m²），对于螺旋桩，取螺旋叶片的投影面积，常规叶片直径200mm，A承载力特征值：Ra=验算要求：Nk3.3螺旋桩竖向抗拔承载力计算风荷载作用下，单桩的抗拔承载力，根据GB51101的公式计算：

T参数说明：Tuk：单桩竖向抗拔极限承载力标准值（kNλi砂土：0.5~0.7，密实度越高，系数越大黏性土：0.7~0.8，塑性指数越高，系数越大粉土：0.6~0.7其余参数同抗压承载力抗拔承载力特征值：Ta=验算要求：Tk≤T3.4螺旋桩水平承载力计算水平荷载作用下，单桩的水平承载力，根据JGJ94的公式计算：

R参数说明：Rha：单桩水平承载力特征值（kNα：桩的水平变形系数，α=m：土的水平抗力系数的比例系数，常规取值：淤泥质土：2~4MN/m⁴粉质黏土：4~10MN/m⁴砂土：10~20MN/m⁴b0：桩身的计算宽度，对于圆桩，b0=0.9(1.5d+0.5)EI：桩身的抗弯刚度，对于钢管桩，EI=E×vx：桩顶的水平位移系数，常规取Xx：桩顶的位移影响系数，对于铰接桩顶，取验算要求：Hk3.5螺旋桩桩身强度验算桩身自身的强度验算，保证桩身不会发生破坏：桩身压弯强度验算：

σ=参数说明：N：桩身的轴力（N）A：桩身的净截面面积（mm²）M：桩身的弯矩（N・mm）W：桩身的截面模量（mm³），对于圆管，W=f：钢材的许用应力（MPa）桩身拉弯强度验算：

σ=验算要求：拉弯应力不大于钢材的许用应力，保证抗拔工况下桩身的强度3.6螺旋桩入土深度与施工扭矩计算最小入土深度计算：

L保证桩的承载力满足要求，常规平原地区最小入土深度1.5m，软土地区3.0m，冻土地区大于冻深0.5m施工扭矩计算：

螺旋桩施工的扭矩，根据经验公式：

T参数说明：kp：扭矩系数，常规土取10\20kN/m，硬土取20\Dh：螺旋叶片的直径（m常规76mm桩，施工扭矩常规为1.5\3kN・m，114mm桩为3\5kN・m，施工时通过扭矩检测桩的承载力规范依据：《太阳能发电站支架基础技术规范》（GB51101-2016）第5.3节四、柱下独立基础设计计算4.1独立基础选型独立基础适用于荷载较大、土层较好的场地，选型规则：常规平原场地：采用台阶式独立基础，埋深1.0\1.5m，尺寸0.6m×0.6m\1.2m×1.2m软弱土层场地：采用扩展式独立基础，加大底面积，尺寸1.5m×1.5m~2.0m×2.0m，提高地基承载力冻土场地：采用深埋独立基础，埋深大于冻深，避免冻胀4.2地基承载力修正与验算修正后的地基承载力特征值：

根据GB50007的公式，修正后的承载力：

f参数说明：ηb、淤泥质土：η粉质黏土：η粉土：η砂土：ηγ：基础底面处土的天然重度（kN/m³）γm：基础底面以上土的加权平均重度（kN/m³b：基础底面的宽度（m），小于3m取3m，大于6m取6md：基础的埋置深度（m）地基承载力验算：

p参数说明：Fk：上部传下来的轴力标准值（kNGk：基础自重和基础上的土重标准值（kN），Gk=A：基础的底面积（m²）验算要求：基础底面的平均压力不大于修正后的地基承载力4.3基础抗拔稳定性验算风荷载作用下，基础的抗拔稳定性：

K参数说明：Kt：抗拔稳定系数，规范要求不小于Gsoil：基础上覆土的自重标准值（kN），Tk：上部传下来的拔力标准值（kN验算要求：抗拔稳定系数不小于1.6，保证基础不会被风拔起4.4基础抗滑移稳定性验算水平荷载作用下，基础的抗滑移稳定性：

K参数说明：Ks：抗滑移稳定系数，规范要求不小于μ：基础与土的摩擦系数，常规取值：粉质黏土：0.25~0.35砂土：0.35~0.45岩石：0.4~0.6Hk：上部传下来的水平力标准值（kN验算要求：抗滑移稳定系数不小于1.3，保证基础不会发生滑移4.5基础抗倾覆稳定性验算弯矩作用下，基础的抗倾覆稳定性：

K参数说明：Ko：抗倾覆稳定系数，规范要求不小于b：基础的宽度（m）Mk：上部传下来的倾覆弯矩标准值（kN・m验算要求：抗倾覆稳定系数不小于1.6，保证基础不会发生倾覆4.6基础结构强度验算基础冲切验算：

柱对基础的冲切验算，根据GB50007的公式：

F参数说明：Fl：冲切力（kNβhp：高度影响系数，h≤800mm取1.0，h≥2000mm取am：冲切破坏锥体的平均长度（mh0：基础的有效高度（m基础剪切验算：

基础的斜截面剪切验算：

V≤0.7参数说明：βhs基础配筋计算：

基础底板的配筋，根据弯矩计算：

A参数说明：M：基础底板的弯矩（N・mm）fy：钢筋的抗拉强度（MPa常规独立基础的配筋，采用Φ12@200的HRB400钢筋，满足强度要求4.7地基沉降计算地基的沉降验算，采用分层总和法：

s=参数说明：ψs：沉降计算经验系数，常规取p0：附加压力（kPaαi验算要求：沉降量不大于100mm，不均匀沉降的倾斜不大于0.002，保证上部支架的水平规范依据：《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）第5章五、配重基础设计计算5.1配重基础选型配重基础适用于屋面分布式光伏，不破坏屋面防水层，选型规则：平屋面：采用矩形混凝土配重块，尺寸0.5m×0.5m×0.3m~1.0m×1.0m×0.5m斜屋面：采用异形配重块，配合屋面的坡度，保证配重的稳定性不上人屋面：采用轻型配重块，重量100~300kg，满足屋面的承载力5.2配重重量计算抗拔配重重量计算：

根据抗拔稳定要求，配重的最小重量：

G保证抗拔稳定系数不小于1.6，抵消风荷载的拔力抗滑移配重重量计算：

根据抗滑移稳定要求，配重的最小重量：

G保证抗滑移稳定系数不小于1.3，抵消水平风荷载抗倾覆配重重量计算：

根据抗倾覆稳定要求，配重的最小重量：

G保证抗倾覆稳定系数不小于1.6，抵消倾覆弯矩总配重重量：

取以上三个最小值的最大值，G5.3配重块尺寸计算根据配重的重量，计算配重块的尺寸：

V参数说明：Vblock：配重块的体积（m³ρconcrete：混凝土的密度，常规取g：重力加速度，取9.8m/s²常规取值：单柱的配重块，常规尺寸为0.6m×0.6m×0.4m，重量约345kg，满足常规屋面光伏的要求5.4屋面承载力验算配重基础作用在屋面上，需要验算屋面的承载力：

p参数说明：proof：配重块对屋面的压力（kPafroof：屋面的承载力特征值，常规不上人屋面取2.0kN/m²，上人屋面取验算要求：配重块的压力不大于屋面的承载力，避免破坏屋面的结构5.5配重基础的防滑与限位对于斜屋面的配重基础，需要设置防滑限位：防滑限位筋：在配重块的底部，设置钢筋限位，插入屋面的预留孔，防止配重块沿坡度滑移限位筋的抗剪验算：

τ=保证限位筋的抗剪强度满足要求，抵消坡度的下滑力规范依据：《太阳能发电站支架基础技术规范》（GB51101-2016）第6章六、桩基础与锚杆基础设计计算6.1桩基础与锚杆基础选型针对山地、岩石场地，选择桩基础与锚杆基础：山地岩石场地：采用岩石锚杆基础，锚杆直径25\50mm，长度1.0\2.0m，锚入岩石软土深厚场地：采用预制桩基础，桩长5~10m，直径300mm，穿过软土层陡坡场地：采用锚杆+挡墙的复合基础，保证陡坡的稳定性6.2岩石锚杆基础抗拔承载力计算岩石锚杆的抗拔承载力，根据GB51101的公式：

R参数说明：Rt：锚杆的抗拔极限承载力标准值（kNd：锚杆的直径（m）qsik软岩：0.2~0.4MPa较软岩：0.4~0.6MPa硬岩：0.6~1.2MPali：锚杆的锚固长度（m抗拔承载力特征值：Ta=验算要求：Tk6.3预制桩基础承载力计算预制桩的承载力，同螺旋桩的承载力公式，但是桩更长，侧阻力更大：

Q预制桩的侧阻力比螺旋桩大，因为预制桩的桩身更粗，侧面积更大，常规5m长的预制桩，承载力可达100~200kN，适用于大跨度的支架6.4锚杆基础的水平承载力计算锚杆的水平承载力，根据公式：

R参数说明：Nt：锚杆的抗拔力（kNϕ：岩石的内摩擦角，常规取30~45°验算要求：水平力不大于锚杆的水平承载力，保证陡坡的稳定性规范依据：《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）第7章七、基础变形与整体稳定性计算7.1地基沉降与不均匀沉降计算最终沉降量计算：

采用分层总和法，公式同独立基础的沉降公式，s=验算要求：独立基础的沉降量≤100mm螺旋桩基础的沉降量≤50mm相邻基础的沉降差≤0.002L，L为基础的间距基础倾斜计算：

基础的倾斜，i=s7.2山地场地整体滑坡稳定性计算山地光伏的基础，需要验算整个边坡的稳定性，采用圆弧滑动法：

K=参数说明：K：边坡的稳定系数，规范要求不小于1.35Ni：第i条块的法向力（kNTi：第i条块的切向力（kNci、验算要求：边坡的稳定系数不小于1.35，保证整个边坡不会发生滑坡7.3冻胀场地的抗冻胀稳定性计算冻土地区的基础，需要验算抗冻胀稳定性：冻胀力计算：

F参数说明：Ffrost：基础的冻胀拔力（kNαfrost：冻胀力的折减系数，常规取pfrost弱冻胀土：50~100kPa冻胀土：100~200kPa强冻胀土：200~300kPaA：基础的底面积（m²）抗冻胀验算：

G基础的总重量（基础+覆土+上部自重）不小于冻胀力，保证冻胀时基础不会被拔起规范依据：《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）第5.1.9条八、基础腐蚀与防腐裕量计算8.1混凝土基础的腐蚀裕量计算沿海、工业腐蚀环境的混凝土基础，需要预留腐蚀裕量：

Δ参数说明：Δδcover：混凝土的保护层厚度裕量（vcorr：混凝土的腐蚀速率（mm/a），常规环境取0.01\0.02mm/a，沿海盐雾环境取0.02\tlife：基础的设计寿命，50常规取值：常规环境：保护层厚度取30mm，满足50年的要求沿海盐雾环境：保护层厚度取50mm，抵消氯离子的腐蚀8.2螺旋桩基础的防腐裕量计算螺旋桩的防腐裕量，同支架的防腐：

Δ平原地区的腐蚀裕量取1\2mm，沿海地区取2\3mm，对应的热镀锌厚度：平原地区：热镀锌厚度85μm沿海地区：热镀锌厚度110~150μm，满足50年的防腐要求8.3混凝土的防腐措施计算针对腐蚀环境，混凝土的防腐措施：水胶比控制：

W/C≤0.45，沿海地区取≤0.40，降低混凝土的渗透性防腐剂掺量：

氯离子环境下，掺加钢筋阻锈剂，掺量为水泥重量的2~5%，抑制氯离子的腐蚀规范依据：《混凝土结构耐久性设计标准》（GB/T50476-2019）九、特殊工况基础设计计算9.1山地陡坡场地基础设计计算山地陡坡的基础，需要特殊的修正：坡度修正系数：

山地的坡度为α，基础的抗滑稳定系数需要修正：

K坡度越大，抗滑的安全系数要求越高，30°的陡坡，安全系数取1.5，比平原的1.3高基础埋深修正：

陡坡的基础埋深，需要大于平原的，dslope=dplain×(1+0.01α)9.2沿海台风场地基础设计计算沿海台风地区的基础，需要特殊的修正：抗拔安全系数修正：

台风地区的风荷载更大，抗拔的安全系数取1.8，比常规的1.6高，预留裕度基础承载力修正：

台风地区的基础承载力，需要乘以1.2的放大系数，应对极端风荷载螺旋桩的桩长修正：

台风地区的螺旋桩，桩长加大20%，提高抗拔承载力，常规平原的1.5m桩，台风地区取1.8m9.3软土场地基础设计计算软土场地的基础，需要特殊的修正：地基处理：

软土的承载力低，需要进行地基处理，采用换填垫层，换填300~500mm的碎石，提高地基的承载力沉降修正：

软土的沉降大，需要进行预压，预压时间3~6个月，消除大部分的沉降，保证基础的沉降满足要求基础尺寸修正：

软土的基础尺寸，加大20%，降低基础的附加压力，减小沉降9.4冻土场地基础设计计算冻土场地的