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露天矿复垦区光伏支架基础设计方案探讨

摘要

面对当前国家环保政策日益趋紧的新形势和鼓励扶持新能源产业的有利契机，推动露天矿复垦区建设光伏发电站，在光伏板下种植耐旱喜阴农作物，形成一个光伏产业、农耕经济和生态建设互补的发展模式，为露天矿复垦区综合治理提供了新思路。而一般大型露天矿复垦区排土厚度多在百米以上，且填土未经有效压实，存在着严重的沉降和不均匀沉降现象，影响光伏场地的使用。本文结合工程实例对排土场填土特点进行了分析，提出了深厚抛填土场地光伏项目设计理念建议，并对支架基础设计方案进行了探讨，为后续该类工程建设提供参考。

关键词：露天矿?复垦区?填土?沉降?光伏支架基础?

0引言

2021年11月，国家发改委等15部门联合印发的《“十四五”支持老工业城市和资源型城市产业转型升级示范区高质量发展实施方案》,要求加快发展清洁能源产业，创新“光伏+”模式，推进光伏发电多元布局，支持能源城市及基地因地制宜利用沙漠、戈壁、荒漠以及采煤沉陷区、露天矿排土场、关停矿区建设风电光伏发电基地。

平朔矿区露天矿按照“采、运、排、复”思路，对开采后回填的矿坑进行生态再造，并通过土地复垦、绿化，实现矿区生态环境的恢复。复垦区大部分区域地势平坦，若能在进行生态重建的同时，与光伏发电项目充分结合，践行“农光互补”模式，必将产生良好的经济效益、生态效益和社会效益，带动地方经济发展，助力产业转型升级。研究人员对露天矿复垦区应用光伏等新能源的可行性进行了分析探讨[1-2]，复垦区排土厚度多在百米以上，为深厚抛填土场地[3]，填土未经有效压实处理，均匀性差，存在着严重的沉降和不均匀沉降现象，严重影响光伏场地安全使用。本文结合工程实例对排土场填土特点进行了分析，提出了深厚抛填土场地光伏项目设计理念建议，并对支架基础设计方案进行了探讨，为后续该类工程建设提供参考。

1项目概况

平朔矿区100MW光伏+储能项目位于朔州市平鲁区境内，规划装机容量100MW，拟建光伏场地两块，总面积约3329.8亩。项目建设区域为露天矿复垦区，填土厚度30～260m不等，填土时间为近两年至20年不等。

2项目区工程地质条件

2.1?地形地貌

平朔矿区属于山西黄土高原朔平台地之低山丘陵，原为梁垣峁等黄土高原地貌景观，沟谷发育，多呈“V”字形。由于露天开采拉沟及剥离物的回填堆积,原有地貌大为改变，现状沟壑纵横，地势起伏较大。项目区大部分区域整体地形较为平坦，局部呈阶梯状，复垦区边缘位置为高大边坡。

2.2?地层结构

项目区地层均为近一二十年矿坑开挖后搬运抛填形成，以素填土（剥离黄土、砂岩、泥岩、煤矸石等）为主。

第①层素填土[Q42ml]：成份以粉土为主，局部夹粉质黏土，含少量砂岩、泥岩及煤泥碎屑（块），褐黄色～黄褐色为主，局部红褐色，松散～稍密为主，局部中密，密实度差异较大，稍湿～湿，结构性差。地基承载力特征值60kPa，压缩模量ES1-2介于4.3～13.2MPa。

第②层素填土[Q42ml]：成份以砂岩、泥岩岩块为主，局部夹煤矸石、黏性土，色杂，松散～稍密，局部中密～密实，密实度差异较大，稍湿。地基承载力特征值100kPa，变形模量E0介于6.0～40.0MPa。

2.3不良地质作用

项目区存在的不良地质作用（现象）主要包括地面沉降、地裂缝、陷穴，其最终地面沉降及地裂缝尤为严重，地裂缝主要分布于光伏场地二新近回填土区域。

2.4?填土特点分析

拟建项目区为深厚抛填土场地，填土厚度30～260m不等，填土时间为近两年至20年不等，分析填土的主要特点如下：

1）填土直接采用矿坑剥离物，未进行有效破碎，亦未经过人工分选，颗粒大小不均（勘察揭露最大粒径700mm），颗粒间接触不良，且易风化，浸水易软化。

2）排土场采用“由上向下、自然堆积、平整顶部、不断延伸”的排放方式，未采用分层碾压等压实措施，填土力学性质及变形特征差异极大，密实度差异大，严重不均匀。

3）目前填土仍处于不密实状态，不均匀状态，自重固结沉降尚未完成，属于欠固结土。

4）由于填土的不均匀性以及管理的粗放性，场地局部已出现明显的不均匀变形，加上雨水排泄不畅局部冲刷，地表形成了明显冲沟，尤其是光伏场地二新近回填土区域。

5）项目区内填土回填时间较短，光伏场地二区域回填时间普遍小于10年，尤其场地南侧区域回填时间小于5年，虽已经历了刚回填2年的急剧变形，但场地仍处于沉降及不均匀沉降的快速变形期，不良地质作用效应更为明显；光伏场地一区域回填时间大部分介于10～15年，局部15～20年，场地整体沉降速率较缓，不均匀沉降的危害性相对较小。

3?深厚抛填土场地光伏项目设计理念探讨

项目区属于深厚抛填土场地，存在明显的沉降及不均匀沉降问题，地基处理应综合项目重要性等级、变形调节措施的可靠性、项目建成后管理力度等因素采用