一种作为垂直接地极的预应力混凝土管桩的制作方法

本实用新型属于光伏电站领域，具体涉及一种作为垂直接地极的预应力混凝土管桩。

背景技术：

地面光伏发电站有集中式、分布式、屋顶式、农光大棚式等等，施工作业面均为地面。在做全场接地时，无论使用机械还是人员施工，均较为方便。

水上光伏电站主要是光伏+水面结合的模式，其中水面的利用，目前主要利用有水塘、小型湖泊、水库、蓄水池等。由于水上光伏项目为水面施工，无法将水域中的水全部抽干，或抽干水后淤泥质层较厚且软，人工与机械无法下至水域内进行施工，在做全场水下接地时十分不便。一般水上光伏发电站垂直接地极所使用的材质是的热镀锌扁钢或20×20热镀锌角钢，沿着预应力混凝土管桩(下文称“预制桩”)边沿，垂直打入淤泥层以下2.5m左右。但是由于淤泥质层较厚且软，因垂直接地极材质偏软，在现场施工与淤泥质层接触时，经常弯折，施工较为不便，接地极施工深度无法满足要求。同时因为水中存在Cl^-和SO4^2-离子，如果接地扁钢的镀锌层未按规范涂刷，在项目后期极易可能会被腐蚀殆尽，使全场电气设备无法有效接地。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种作为垂直接地极的预应力混凝土管桩；该管桩结构垂直于接地极，能够满足水上光伏电站在全生命周期内的接地有效性。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种作为垂直接地极的预应力混凝土管桩，包括桩帽、桩身和桩头；桩身的上端固定连接有桩帽，桩身的下端固定连接有桩头；桩身为空心圆柱体，其侧壁由若干个主筋和螺旋箍筋组成，主筋沿桩身的轴线方向贯穿在桩身的圆柱体壁中，主筋为直径≥10mm的钢筋，主筋上至少固定环绕有一圈螺旋箍筋；桩身的侧壁浇筑有混凝土，在环境湿度≥5％时，混凝土和桩身共同形成垂直接地极。

本实用新型的进一步改进在于：

优选的，桩帽为环形板，桩帽和主筋的上端固定连接，桩帽和每一个主筋的连接点为上连接点。

优选的，桩帽和主筋通过焊接固定连接。

优选的，桩头的上端和主筋的下端固定连接，桩头和每一个主筋的固定连接处为下连接点。

优选的，桩头的上端和主筋通过焊接固定连接。

优选的，桩头为钢板围制而成的中空倒圆台，桩头与桩身固定连接端的横截面积大于桩头另一端的横截面积；钢板的接缝处焊接连接。

优选的，桩头沿其外壁上设置有若干个筋板，每一个筋板呈倒三角形固定在桩头的外壁上，三角形的尖部朝下。

优选的，桩帽和桩头选用钢材Q235，表面镀有锌层。

优选的，螺旋箍筋和主筋选用低碳热轧钢。

优选的，主筋和螺旋箍筋之间浇筑有混凝土，混凝土选用强度等级≥42.5级的硅酸盐水泥。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型公开了一种作为垂直接地极的预应力混凝土管桩，该管桩包括固定连接的桩帽、桩身和桩头，形成贯通导体，桩身浇筑有水泥。整个管桩在打入水中时，桩身和桩头能够起到支撑作用，方便整个施工作业；桩帽可以与水上光伏电站项目所用的光伏支架基础底部的金属件/板牢固焊接，桩头沉入持力层；因桩身浇筑有混凝土，长时间浸于水中，结合应用环境湿度将整个预应力混凝土管桩构成水上光伏电站的垂直接地极。水上光伏电站中每一个管桩基础均能成为一个单独的垂直接地极，无论是直击雷，还是雷电静电感应、电磁感应和雷电波入侵，均能通过其将雷电流送入大地，保护电气设备正常运行。本实用新型将混凝土中的主筋与垂直接地极牢固连接成为一体，减少了后续垂直接地极需要再二次施工的方案。减小了施工难度，提高了施工效率及材料费用，同时保证了接地极的耐腐蚀程度，满足了水上光伏电站25年全生命周期内垂直接地极设置的有效性。

进一步的，桩帽与桩身的主筋固定连接；桩帽为环形板状，便于沉桩操作。

新一步的，桩帽和主筋通过焊接固定连接，连接方式牢固，易于施工，成本较低。

进一步的，桩头和主筋通过焊接固定连接，连接方式牢固，易于施工，成本较低。

进一步的，桩头为倒圆台状，内部中空，方便打桩过程中的土壤挤压通过，保证了打桩施工过程的顺利性。

进一步的，桩头沿其外壁上设置有若干个筋板，每一个筋板呈倒三角形，便于打桩时桩体穿越淤泥质层，打入持力层。

进一步的，桩帽和桩头选用成本低廉的钢材Q235，表面刷上锌层，能够防止钢制结构在水中被腐蚀。

进一步的，主筋和和螺旋箍筋之间浇筑有混凝土，同时对混凝土的强度等级和类型进行了限制，保证混凝土选用的水泥能够满足强度和抗腐蚀要求。

【附图说明】

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的1-1截面的剖视图；

图3为本实用新型支架立柱和支架立柱钢板的结构示意图；

其中：1-桩帽，2-上连接点，3-主筋，4-螺旋箍筋，5-下连接点，6-桩头，7-桩身，8-支架立柱钢板，9-支架立柱；10-筋板。

【具体实施方式】

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述；本实用新型公开了一种作为垂直接地极的预应力混凝土管桩；所述管桩从上至下包括桩帽1、桩身7、桩头6；桩帽1固定设置在桩身7的上端，桩头6固定设置在桩身7的底部；桩身7由若干个主筋3及连续的螺旋箍筋4捆扎构成，主筋3为垂直于地面的若干个钢筋，钢筋的筋型号直径大于10mm，若干个主筋3平行且呈圆周布置，相邻两个主筋3之间的距离相等，若干个主筋3形成一个空心管状，所述空心管状垂直于地面；主筋3上固定设置有螺旋箍筋4，螺旋箍筋4沿着主筋3的轴向盘旋布置，螺旋箍筋4宜采用低碳钢热轧圆盘钢；螺旋箍筋4将主筋3捆扎起来，二者共同形成桩身7；桩帽1和桩头6均为Q235，表面镀有锌层；桩帽1表面平滑，便于与支架基础牢固焊接；桩帽1与每一个主筋3固定连接，连接处为上连接点2，连接方式优选为焊接，上连接点2形成的多个焊接点，使得桩帽1牢固的固定在整个桩身7的顶部；桩头6设置在桩身7的底部，与主筋3连接处为下连接点5，连接方式优选为焊接，下连接点5形成多个焊接点，使得桩头6牢固的固定在整个桩身7的底端；桩头6为钢板围制而成的中空倒圆台，桩头6与桩身7固定连接端的横截面积大于桩头6另一端的横截面积，便于打桩时桩体穿越淤泥质层，打入持力层；钢板的接缝处焊接连接；桩头6沿其外壁上设置有若干个筋板10，每一个筋板10呈倒三角形固定在桩头6的外壁上，三角形的尖部朝下，桩尖焊缝均为角焊缝，使得桩头6的下端有刃，便于打桩时桩体穿越淤泥质层，打入持力层。桩帽1及桩头6通过桩身7内部的预应力钢筋在出厂时便牢固焊接，所述桩帽1、桩头6与桩身7一体成型，形成贯通导体。

桩身7浇筑有强度等级不低于42.5级的硅酸盐水泥，如普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥搅拌浇筑，并根据国家规范要求进行加工和养护。

桩身7的混泥土必须达到设计强度和龄期(常压养护为28d，压蒸养护为1d)后进行沉桩。一般沉桩采用锤击和静压两种方式，沉桩时应保证桩锤、桩帽1或者送桩器与桩身7在同一轴线上，垂直度偏差不得超过0.3％。

一般水上光伏电站需要将整个桩身7打过水底淤泥层，至持力层位置，桩身7深度满足垂直接地极深度要求。桩头6、桩身7、桩帽1有了主筋3牢固焊接，自然成为了垂直接地极。

支架立柱9与支架立柱钢板8牢固焊接后，支架立柱钢板8的另一端与桩帽1进行牢固焊接。从而构成通畅导体，在保证支架稳定性的同时也保证了支架的接地。

工作原理：

钢筋混凝土虽然在干燥时，是不良导体，电阻率较大，但当具有一定湿度时，就成了较好的导电物质。水上光伏电站中，立于水域内的混凝土预制桩长期保持在潮湿环境中，混凝土中的硅酸盐和水形成导电性的盐基性溶液。而混凝土在施工过程中加入了较多的水分，成形后在桩身7结构中密布着很多大大小小的毛细孔洞，因此就有了一部分水分储存。当埋入水下后，水域内的潮气又可通过毛细管作用吸入混凝土中，保持一定的湿度，使整个预应力混凝土管桩构成了电阻率较低的“垂直接地极”。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。