国内水工沥青混凝土面板技术的发展历程

3.1.1.1 国内外现状

沥青混凝土防渗技术应用于大型水工建筑物，在国际上是20世纪30年代发展起来的一项筑坝技术。沥青混凝土面板具有良好的防渗能力，优异的适应基础变形和温度变形能力，自身不需设置结构分缝，施工速度快，且无毒、环保，耐久性优异，适宜用作水库防渗体，20世纪70年代进入应用高峰期。1988年第16届国际大坝会议将沥青混凝土防渗堆石坝列入了未来高坝的适宜坝型。据不完全统计，目前全世界建成的沥青混凝土面板防渗土石坝已有400余座。由于沥青混凝土面板防渗性能优异且能适应较差的地形条件和较大的水位变幅，已在国外抽水蓄能电站水库防渗得到了广泛应用。国外已超过80多座抽水蓄能电站上水库采用了沥青混凝土面板防渗，主要分布在德国、美国、奥地利、日本、瑞典、挪威、法国、英国。

国内沥青混凝土面板发展大致分为3个阶段。

1970—1990年，国内在这个阶段修建沥青混凝土面板堆石坝20余座，但由于当时国产沥青品质较差，施工设备落后，国内技术人员不掌握沥青混凝土配合比和施工质量控制关键技术，此阶段修建的堆石坝沥青混凝土面板出现了众多问题，主要有3类，即低温开裂、高温流淌和接头脱开。

1990—2010年，国内水工沥青混凝土面板工程开始对国外承包商开放，国内沥青混凝土面板发展进入国内外合作阶段，这个时期的代表性工程为天荒坪、张河湾、西龙池工程，见表3.1.1。这些工程由国外承包商或中外合作承建完成，但关键技术由国外承包商主导，天荒坪工程由德国斯特拉堡公司主导，张河湾、西龙池工程由日本大成公司主导。国内的科研、施工单位虽然参与了这些工程，但只处于配合地位，无法掌握关键技术。但自浙江天荒坪抽水蓄能电站沥青混凝土面板建设开始，国内各科研、设计、施工单位也以此为契机，开始系统借鉴国外先进经验。经过天荒坪、张河湾、西龙池工程建设，国内技术人员已初步了解国外先进技术，开始有意识地向形成自有技术的方向发展。另外，这段时期国产沥青的品质也有了较大提高，为国内水工沥青混凝土面板的自主建设提供了可能。

表3.1.1　1990—2010年国内修建沥青混凝土面板堆石坝统计

2011年以后，国内水工沥青混凝土面板技术的进入自主发展阶段。在这个阶段，为了全面提高国内沥青混凝土面板技术水平，重点针对沥青混凝土面板的防渗性能、变形性能、抗斜坡高温流淌性能、水稳定性能、抗低温开裂性能等关键技术开展了研究和工程实践，初步形成了沥青混凝土面板配合比设计方法、施工设备及施工技术，并在工程中获得了成功应用。至此，国内沥青混凝土面板技术进入自主发展时期。

3.1.1.2 沥青混凝土面板抗冻研究

呼蓄电站上水库地处严寒地区，极端最低温度-41.8℃，比山西西龙池抽水蓄能电站上水库极端最低气温还低7.3℃；极端最高温度35.1℃，温差最大达77℃。这种条件下上水库工程采用钢筋混凝土面板技术，冻融问题突出，运行期维修成本高；采用沥青混凝土面板低温冻断与斜坡高温流淌相容问题突出。(www.xing528.com)

鉴于呼蓄电站上水库运行环境恶劣，对上水库工程防渗方式进行了系统的研究，认为钢筋混凝土面板的冻融破坏是无法克服的技术难题，直接影响工程运行安全及工程寿命。根据现场施工条件及同类工程成功经验，对上水库防渗面板方案进行进一步论证研究。

通过调研，当时国内沥青技术性能无法满足低温冻断温度不高于-43℃的要求；国内科研单位缺乏沥青混凝土低温冻断试验手段；国内施工单位缺少沥青混凝土面板施工设备和施工技术。工程采用沥青混凝土面板防渗面临巨大挑战。解决这些技术难点是决定上水库防渗工程成败的关键，必须进行深入研究。此项技术的解决对于国内全面掌握沥青混凝土面板技术，摆脱关键技术依赖国外的局面具有重要意义，对沥青混凝土面板的科研工作具有巨大的引领和促进作用，将极大地推动寒冷和严寒地区抽水蓄能电站的建设。

为推动国内沥青混凝土面板防渗技术的发展，结束沥青混凝土面板防渗技术长期依赖国外技术的历史，解决上水库沥青混凝土面板低温抗裂的世界性难题，组织行业内外专家对沥青混凝土面板防渗技术的难点和重点进行分析研究，主要难点技术为沥青混凝土面板低温冻断性能，主要重点技术为沥青原材料技术性能、面板沥青混凝土施工配合比设计和沥青混凝土现场施工工艺等。根据国内外沥青混凝土面板技术发展趋势，并根据沥青混凝土低温冻断成果证实，依托国内科研团队力量，通过联合科研攻关，可以突破技术瓶颈。

2010年4月15—16日在北京进行了呼蓄电站上水库钢筋混凝土与沥青混凝土面板防渗方案技术咨询会。就全库盆沥青混凝土面板防渗方案的技术可行性咨询意见为：①沥青混凝土面板防渗方案为众多工程所采用，具有一定工程实践经验，沥青混凝土的防渗、变形等性能可满足一般工程的要求，但本工程极端最低气温比国内外已建沥青混凝土面板防渗工程都要低，对沥青混凝土面板的低温抗裂性能要求更高；②为满足本工程对沥青混凝土低温抗裂性能要求，经初步试验成果资料分析，采用高性能改性沥青配制沥青混凝土基本可满足设计要求；③根据目前的初步试验成果，借鉴西龙池抽水蓄能电站等严寒地区沥青混凝土面板防渗工程经验，初步认为上水库采用全库盆沥青混凝土面板防渗方案技术上基本可行。

2010年9月，组成调研组，对国内水工沥青产品研发最新成果、生产能力及供货方式等进行了调研。并委托科研单位对国内4个沥青厂家的13种改性沥青新产品开展原材料、沥青混凝土配合比研究试验。室内试验研究成果表明：采用国内研发的水工改性沥青材料，结合沥青混凝土配合比优化技术，可实现沥青混凝土面板低温冻断温度低于-43℃，上水库采用沥青混凝土面板防渗方案具备技术可行性。

2011年4月，在北京召开了上水库沥青混凝土防渗面板试验成果评审会，认为：①钢筋混凝土面板冻融耐久性问题较为突出；②沥青混凝土面板在适应基础变形能力、防渗性能、运行检修条件等方面优于钢筋混凝土面板，对于沥青混凝土担心的低温冻断问题，现有试验成果表明基本可以解决，结合西龙池和张河湾抽水蓄能电站上水库沥青混凝土面板运行的成功实践，建议呼蓄电站上水库按沥青混凝土面板全库防渗方案开展相关工作。

2012年4月，上水库采用全库盆沥青混凝土面板防渗方案得到了批准。