沟槽、植筋法新老混凝土黏结面力学性能试验研究及应用

闫国新，欧阳倩，韩建海

（1.黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004；2.小流域水利河南省高校工程研究中心，河南 开封 475004；3.云南省大理白族自治州水务局，云南 大理 671000；4.河南宏景水电工程有限公司，河南 开封 475000）

0 引言

混凝土结构是当代土木和水利工程中应用最多的结构类型，其结构延展、加固和改造是涉及面广、工程量大的十分重要的工程领域。 目前，很多老闸、旧混凝土坝及隧洞需要加固维修。 在这些加固维修工程中，新老混凝土黏结面处理是非常关键的一步。 因此，研究新老混凝土黏结面的力学性能、总结其在水利工程应用中的施工要点，显得尤为重要。笔者就此问题进行了试验研究，并总结了沟槽法和植筋法应用于混凝土加固工程时应注意的事项。

1 新老混凝土黏结面粗糙度处理及评价

1.1 新老混凝土黏结面粗糙度处理方法

新老混凝土黏结面粗糙度处理及评价方法直接影响新老混凝土黏结面的黏结性能。 目前，国内外新老混凝土黏结面粗糙度处理方法有人工凿毛法、高压水射法、喷沙（丸）法、钢刷刷净法、电钻凿孔法、沟槽法和植筋法等[1]。 人工凿毛法、高压水射法和刷毛机刷毛在工程中常用，喷沙法和电钻凿孔不常用。 沟槽法和植筋法多在大型混凝土加固工程中应用，值得进一步深入研究。

1.2 新老混凝土黏结面粗糙度评价

新老混凝土黏结面粗糙度处理之后，如何定性定量评价其黏结面的质量，保证其良好的黏结性能，关系到黏结的成败。 目前，国内外新老混凝土黏结面粗糙度评价方法有灌沙法、 粗糙度测定仪法、分数维法、硅粉堆落法、自制粗糙度测定仪法、粗骨料暴露比例法和观察法等[2]。 在水利工程当中，应用最多且简单易行的是灌沙法和观察法。

2 沟槽、植筋法新老混凝土黏结面力学性能试验

2.1 沟槽法新老混凝土黏结面力学性能试验

新老混凝土均用强度等级为32.5 的普通硅酸盐水泥、中粗河沙、碎石（5～20 mm）配制而成，设计强度为C30 和C35。 老混凝土的强度等级C25。 老混凝土试块大小为150 mm×75 mm，其制作方法如图1 所示，切槽效果如图2 所示。

图1 老混凝土试块制作Fig.1 Old concrete block production

把制成的150 mm×150 mm×75 mm 老混凝土试块按要求在水中浸泡6 h，拿出清洗干净，并放于干燥通风处，使其表面没有明水，然后置于150 mm×150 mm×150 mm 钢模中（钢模的内壁与底部涂刷机油）。最后，浇注新混凝土，养护28 d 后，进行剪切性能试验。 本次试验共制作了138 个剪切试块，其中，采用第一种办法制作的旧试块试验结果结果见表1，采用第二种办法制作的旧试块试验结果见文献[3]。

图2 老混凝土试块切槽方法Fig.2 Old concrete block grooving method

表1 切槽法剪切试验数据Table 1 Grooving method test data

通过试验可知：（1）沟槽法新老混凝土黏结面黏结剪切强度可以达到本体强度的75%。 如果老混凝土试块龄期较长，该值会有所降低，降到60%。 （2）开槽率不是越大越好，存在最佳开槽率。 实际工程最佳开槽率根据试验确定。

2.2 植筋法新老混凝土黏结面力学性能试验

老混凝土原材料及制作同沟槽法，植筋的形式如图3 所示。植筋率分4 种：0.13%、0.22%、0.35%和20.70%。 新混凝土的浇筑同沟槽式试验。 剪切试验结果部分数据见文献[4]。

图3 植筋的形式Fig.3 Planting-bar types

通过试验数据可知，植筋率与黏结强度有关。 随着植筋率的增加，剪切强度呈增加趋势。 但是，不能仅仅通过提高植筋率来提高黏结强度，因为存在最佳植筋率问题。 在实际工程中，要合理选用植筋率及植筋的深度和黏结剂，以保证良好的新老混凝土黏结性能。

3 沟槽、植筋法在新老混凝土黏结中的应用

3.1 罗湾公路桥加固

罗湾公路桥是位于河南省漯河市某一座进水闸的公路桥。 该桥1970 年建成，为简支装配式钢筋混凝土梁式板桥，全长75 m，桥面净宽3.6 m，共有15 孔，每孔由4 块矩形实心钢筋混凝土预制板组成，每一块桥板的尺寸为4 960 mm×950 mm×220 mm（长×宽×厚）。 罗湾公路桥经过几十年的运行，已经不能满足现行交通的要求。 因此，需要对其进行维修加固。

根据文献[5]提出的加固方案，采用沟槽法进行新老混凝土黏结面粗糙度处理。 具体切槽加固步骤为：（1）在旧预制板顶面横向凿槽,槽深不低于4 mm，粗糙率不低于15%。 （2）用水冲净凿毛面。 （3）在旧预制板上现浇180～190 mm、强度等级为C25 的混凝土。 （4）补强后的混凝土表面处理按有关公路规范进行。 从整修完工到现在，该桥已正常使用了近10年。 经实地观察，新老混凝土黏结面没有发现剪切裂缝，表明用沟槽法处理的粘结面粗糙度能满足工程要求。

3.2 丹江口水库加高

汉江丹江口水库作为南水北调中线工程的源头，大坝高程需要从162 m 加高至176.6 m，正常蓄水位由157 m 提高到170 m （与北京团城湖形成98.8 m 落差），库容由174 亿m3增加到290 亿m3。在初期建设中，大坝工程的建设者和决策者为二期工程建设做好了必要的铺垫。 大坝一侧需要紧贴旧坝体加厚，在当初建设时，表面没有进行光滑处理，而是留下了一条条横截面为锯齿状的键槽，在结合面上插了钢筋，以便新老混凝土能更好地结合。

新旧混凝土结合是丹江口水库加高的关键措施。 根据混凝土的特性，主要从3 个方面考虑新老混凝土的结合：（1）控制混凝土的热胀冷缩，使变形尽量减小。 （2）在老混凝土上切割键槽，使新老混凝土咬合在一起。 （3）在老混凝土上打一些锚筋，使新老混凝土较好的结合。 文献指出，改善贴坡混凝土与老混凝土结合面的受力条件，增加结合面的剪切力，采取结合面新增人工键槽的措施[6～7]。 文献指出，在对丹江口水库老坝坝顶162 m 高程以上溢流坝闸墩加高前，需对原闸墩进行钻孔植筋加固处理[8]。

3.3 工程应用施工要点

沟槽法和植筋法新老混凝土黏结面处理无疑提高新老混凝土抗剪性能。 但是，在施工中，具体还要注意如下问题。

（1）对于大型工程的新老混凝土黏结，一定要进行现场试验，寻找合理的设计参数。

（2）采用沟槽式和植筋法施工，一定要寻找最佳的开槽率和植筋率，以提高新老混凝土的黏结性能。

（3）采用切槽法施工，要选择合理的开槽机械，以提高施工效率，降低成本。

（4） 植筋法一定要确保钻孔深度和灌浆的质量，以提高黏结面的抗剪强度。

4 结语

新老混凝土黏结面采用沟槽法和植筋法是可行的，该方法不仅提高了黏结剪切强度，而且采用机械化施工方法，提高了工作效率。 沟槽法和植筋法新老混凝土黏结面处理方法在水利工程中应用前景非常广阔，但在应用中，一定要根据具体的现场试验确定合理的施工参数。

[1] 闫国新，张雷顺. 新老混凝土黏结面粗糙度处理方法综述[J].混凝土，2007（8）：98-100.

[2] 闫国新，张晓磊，张雷顺. 新老混凝土黏结面粗糙度评价方法综述[J].混凝土，2010（1）：25-29.

[3] 张雷顺，闫国新，张晓磊. 新老混凝土切槽法结合面抗剪性能试验研究分析[J]. 工业建筑，2007,37（6）:101-103.

[4] 张雷顺，王二花，闫国新. 植筋法新老混凝土黏结面剪切性能试验研究[J]. 郑州大学学报：工学版，2007,27（3）:34-37.

[5] 张雷顺，韩菊红，郭进军，等.新老混凝土黏结补强在某钢筋混凝土桥面板加固整修中的应用[J]. 土木工程学报，2003，36（4）：82-85.

[6] 周厚贵. 丹江口大坝加高新老混凝土黏结面人工键槽施工技术研究[J]. 南水北调与水利科技，2006,4（4）:8-10.

[7] 郭武山. 丹江口大坝加高工程新老结合面键槽切割施工[J]. 人民长江，2006，37（11）：1-2.

[8] 杨涛，张永红，褚应丹. 丹江口溢流坝段加固钻孔植筋施工[J]. 湖北水力发电，2008（5）：37-39.