一种用于既有建筑地下室增层改造的托换支撑体系及其施工方法与流程

本发明涉及一种建造方法，更具体地说，涉及一种用于既有建筑地下室增层改造的托换支撑体系及其施工方法。

背景技术：

随着城镇化发展速度的加快，土地资源越来越紧张，地上空间出现了供不应求，某些地区已经无地可用。地下空间的开发和利用为缓解城市用地紧张、改善城市环境及交通状况、节能环保等提供了可能。

在一些已建成的建筑物下方，由于需求的改变以及规划时期考虑的不完整性，往往需要进行地下室的加建或者改造工程，或者需要在狭小空间内施工进行地基结构加固。利用托换桩技术可以代替原有建筑基础承担上部建筑荷载，以此可以保证上部结构的完整。现有桩基技术多采用打入桩或灌注桩形式，打入桩噪音大，对环境影响大，同时会影响原状土的稳定性；灌注桩则难以保证成桩质量，很容易出现缩颈、夹泥、断桩或沉渣过厚等多种形态的质量缺陷，影响桩身结构完整性和承载力，需要极大力度的施工监督和质量检测。同时，现有机械设备(如履带式钻机)尺寸过大，一般高于普通楼面屋面高度，难以进入建筑物下方狭窄空间进行施工，因而很难满足现阶段既有建筑下方增层扩建的要求。此外，一些建筑需要增层扩建，但在增层的施工期间，其上方建筑仍需要正常使用，目前常规的增层扩建方法很难满足此需求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供一种用于既有建筑地下室增层改造的托换支撑体系及其施工方法，该方法既可解决建筑下方净空不足，施工机械无法进入等问题；又能在托换增层的施工期间，保证其上部建筑的正常使用。为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种用于既有建筑地下室增层改造的托换支撑体系，其特征在于，包含经加固的原建筑结构（1）、原建筑基础（2）、托换结构、承台（7）、侧向支撑构件（8）、用于新增地下室开挖的周边止水结构（9）及支护结构（10），其中，托换结构包括静压托换桩（3）及位于其顶部的静压托换桩配套千斤顶（4）、钻孔钢管桩（5）及位于其顶部的钻孔钢管桩配套千斤顶（6）；静压托换桩（3）及位于其顶部的静压托换桩配套千斤顶（4）与经加固的原建筑结构（1）相连，用于对原有建筑结构（1）的首次托换；钻孔钢管桩（5）及位于其顶部的钻孔钢管桩配套千斤顶（6），通过承台（7）与原建筑结构（1）向下延伸部分相连，用于对原有建筑结构（1）的二次托换；侧向支撑构件（8）位于钻孔钢管桩（5）之间，或钻孔钢管桩（5）与周边结构之间，用于保证钻孔钢管桩（5）的侧向稳定性。

进一步的，所述原建筑基础（2）形式包括独立浅基础、筏板基础、梁板基础、箱型基础、桩基础。

进一步的，所述静压托换桩（3）为型钢桩、钢管桩、预制混凝土桩；所述静压托换桩（3）分段，由顶部静压托换桩配套千斤顶（4）所提供的反力压入地下，分段之间通过焊接或机械连接相连固定。

进一步的，所述钻孔钢管桩（5）分段，通过螺旋钻机旋转植入地下，最下端钻孔钢管桩（5）带有用于辅助切削的钻头，分段之间通过丝扣连接固定，锚固段钻孔钢管桩（5）外侧带有螺旋叶片，用以增强桩承载力；钻孔钢管桩（5）内侧及周边通过水泥浆加固。

进一步的，所述静压托换桩配套千斤顶（4）和钻孔钢管桩配套千斤顶（6）分为普通千斤顶或伺服控制千斤顶，其中，伺服控制千斤顶能根据所监测的结构变形情况自动调整其油压及其伸长量，使被承托的原建筑结构（1）保持稳定。

进一步的，所述承台（7）为混凝土结构或钢结构；原建筑结构向下延伸部分为永久结构，或临时支撑；所述承台（7）将托换结构与原建筑结构（1）向下延伸部分牢固连接。

进一步的，所述侧向支撑构件（8）为型钢或钢管，连接节点处通过焊接或者栓接固定，形成空间稳定体系。

进一步的，所述用于新增地下室开挖的周边止水结构（9）及支护结构（10）包括地下连续墙、咬合桩、钢板桩、水泥土搅拌止水帷幕、旋喷止水帷幕。

进一步的，包括以下步骤：

a)对原建筑结构（1）进行加固，使底层结构具有足够承载能力为托换桩提供下压力；

b)从原建筑物底部侧面进入，在原建筑物底板下方局部开挖出满足静压托换桩（3）施工的空间；

c)在原建筑物下方施工静压托换桩（3），静压托换桩（3）分段，每段长度1m至2m，通过静压托换桩（3）顶与原建筑物结构（1）之间的静压托换桩配套千斤顶（4）施加下压力，将静压托换桩（3）压入地基中；

d)当静压托换桩（3）顶与静压托换桩配套千斤顶（4）底距离大于一段静压托换桩（3）时，将新一段静压托换桩（3）接至下部静压托换桩（3）顶，分段之间通过焊接或机械连接相连固定；

e)重复步骤d）直至满足静压托换桩（3）承载力设计要求，或达到原建筑结构（1）的承载能力限值，将上部静压托换桩配套千斤顶（4）锁定，加保护罩防止其侧向滑移；

f）在原建筑物下方，经静压托换桩加固完成的部位，扩大开挖，满足钻孔钢管桩钻机施工净空要求；

g）通过旋转钻机将钻孔钢管桩（5）分段打入地基中，各段钢管桩之间通过丝扣连接，通过循环水将钻孔钢管桩（5）内部渣土排出；

h）钻孔钢管桩（5）施工到位后，向钢管内插入注浆管，注入水泥浆，将钢管内的泥浆置换排出；待钢管内充满水泥浆后，将钻孔钢管桩（5）顶部封闭，继续加压注入水泥浆，水泥浆自钢管底部溢出，沿钢管外侧上返至地面，将钻孔钢管桩（5）外部包裹覆盖；

i）施工桩顶承台（7），将承台（7）与原建筑结构（1）或其延伸部位牢固连接，承台（7）下部与钻孔钢管桩（5）顶之间设置钻孔钢管桩配套千斤顶（6），通过钻孔钢管桩配套千斤顶（6）将承台（7）托起，原建筑荷载由静压托换桩（3）转移至钻孔钢管桩（5）；

j）在完成基坑周边支护结构，通过止水帷幕或降水控制地下水后，进一步实施土方开挖，直至设计底板标高；随开挖拆除静压托换桩（3），同时设置侧向支撑结构（8），以保证钻孔钢管桩（5）的受压稳定性；

k）开挖完成后，由新建地下室的底板向上施工地下室结构，与原建筑结构（1）相连；钻孔钢管桩（5）与新建地下室底板牢固连接；

l）新建地下室结构与原建筑结构连接完成后，移除钻孔钢管桩配套千斤顶（6），拆除多余钻孔钢管桩（5），完成既有建筑地下室增层改造。

相对于现有技术，本发明所述一种用于既有建筑地下室增层改造的托换支撑体系及其施工方法具有以下优势：

本发明所述的一种用于既有建筑地下室增层改造的托换支撑体系，其特征在于，包含经加固的原建筑结构（1）、原建筑基础（2）、托换结构、承台（7）、侧向支撑构件（8）、用于新增地下室开挖的周边止水结构（9）及支护结构（10），其中，托换结构包括静压托换桩（3）及位于其顶部的静压托换桩配套千斤顶（4）、钻孔钢管桩（5）及位于其顶部的钻孔钢管桩配套千斤顶（6）；静压托换桩（3）及位于其顶部的静压托换桩配套千斤顶（4）与经加固的原建筑结构（1）相连，用于对原有建筑结构（1）的首次托换；钻孔钢管桩（5）及位于其顶部的钻孔钢管桩配套千斤顶（6），通过承台（7）与原建筑结构（1）向下延伸部分相连，用于对原有建筑结构（1）的二次托换；侧向支撑构件（8）位于钻孔钢管桩（5）之间，或钻孔钢管桩（5）与周边结构之间，用于保证钻孔钢管桩（5）的侧向稳定性。

本发明的优点是可提供一种用于既有建筑地下室增层改造的托换支撑体系及其施工方法，施工中首先采用小型施工设备，既能够在净空不足的地下空间进行托换施工，解决地下空间净空不足，常规方法无法施工的问题；又能在施工的同时，保证其上方建筑正常使用，施工安全，对环境影响小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例一种用于既有建筑地下室增层改造的托换支撑体系的正视图；

图2为本发明实施例一种用于既有建筑地下室增层改造的托换支撑体系的钻孔钢管桩桩顶构造的正视图。

附图标记说明

1.原建筑结构；2.原建筑基础；3.静压托换桩；4.静压托换桩配套千斤顶；5.钻孔钢管桩；6.钻孔钢管桩配套千斤顶；7.承台；8.侧向支撑构件；9.止水结构；10.支护结构；11.钢垫板；12.混凝土锚固件。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具备特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参看图1-2，一种用于既有建筑地下室增层改造的托换支撑体系，其特征在于，包含经加固的原建筑结构（1）、原建筑基础（2）、托换结构、承台（7）、侧向支撑构件（8）、用于新增地下室开挖的周边止水结构（9）及支护结构（10），其中，托换结构包括静压托换桩（3）及位于其顶部的静压托换桩配套千斤顶（4）、钻孔钢管桩（5）及位于其顶部的钻孔钢管桩配套千斤顶（6）；该支撑体系用于当地下室空间净高不足、施工机械无法进入时的增层改造托换，静压托换桩（3）及位于其顶部的静压托换桩配套千斤顶（4）与经加固的原建筑结构（1）相连，用于对原有建筑结构（1）的首次托换；钻孔钢管桩（5）及位于其顶部的钻孔钢管桩配套千斤顶（6），通过承台（7）与原建筑结构（1）向下延伸部分相连，用于对原有建筑结构（1）的二次托换；侧向支撑构件（8）位于钻孔钢管桩（5）之间，或钻孔钢管桩（5）与周边结构之间，用于保证钻孔钢管桩（5）的侧向稳定性。

进一步的，所述原建筑基础（2）形式包括独立浅基础、筏板基础、梁板基础、箱型基础、桩基础。

进一步的，所述静压托换桩（3）为型钢桩、钢管桩、预制混凝土桩；所述静压托换桩（3）分段，由顶部静压托换桩配套千斤顶（4）所提供的反力压入地下，分段之间通过焊接或机械连接相连固定。

进一步的，所述钻孔钢管桩（5）分段，通过螺旋钻机旋转植入地下，最下端钻孔钢管桩（5）带有用于辅助切削的钻头，分段之间通过丝扣连接固定，锚固段钻孔钢管桩（5）外侧带有螺旋叶片，用以增强桩承载力；钻孔钢管桩（5）内侧及周边通过水泥浆加固；其中，在钻孔钢管桩(5)与原建筑结构(1)的底板底部之间设置钻孔钢管桩配套千斤顶(6)和钢垫板(11)，钢垫板(11)位于钻孔钢管桩配套千斤顶(6)的上方，并与其上的混凝土锚固件(12)相连。

进一步的，所述静压托换桩配套千斤顶（4）和钻孔钢管桩配套千斤顶（6）分为普通千斤顶或伺服控制千斤顶，其中，伺服控制千斤顶能根据所监测的结构变形情况自动调整其油压及其伸长量，使被承托的原建筑结构（1）保持稳定。

进一步的，所述承台（7）为混凝土结构或钢结构；原建筑结构向下延伸部分为永久结构，或临时支撑；所述承台（7）将托换结构与原建筑结构（1）向下延伸部分牢固连接。

进一步的，所述侧向支撑构件（8）为型钢或钢管，连接节点处通过焊接或者栓接固定，形成空间稳定体系。

进一步的，所述用于新增地下室开挖的周边止水结构（9）及支护结构（10）包括地下连续墙、咬合桩、钢板桩、水泥土搅拌止水帷幕、旋喷止水帷幕。

进一步的，包括以下步骤：

a)对原建筑结构（1）进行加固，使底层结构具有足够承载能力为托换桩提供下压力；

b)从原建筑物底部侧面进入，在原建筑物底板下方局部开挖出满足静压托换桩（3）施工的空间；

c)在原建筑物下方施工静压托换桩（3），静压托换桩（3）分段，每段长度1m至2m，通过静压托换桩（3）顶与原建筑物结构（1）之间的静压托换桩配套千斤顶（4）施加下压力，将静压托换桩（3）压入地基中；

d)当静压托换桩（3）顶与静压托换桩配套千斤顶（4）底距离大于一段静压托换桩（3）时，将新一段静压托换桩（3）接至下部静压托换桩（3）顶，分段之间通过焊接或机械连接相连固定；

e)重复步骤d）直至满足静压托换桩（3）承载力设计要求，或达到原建筑结构（1）的承载能力限值，将上部静压托换桩配套千斤顶（4）锁定，加保护罩防止其侧向滑移；

f）在原建筑物下方，经静压托换桩加固完成的部位，扩大开挖，满足钻孔钢管桩钻机施工净空要求；

g）通过旋转钻机将钻孔钢管桩（5）分段打入地基中，各段钢管桩之间通过丝扣连接，通过循环水将钻孔钢管桩（5）内部渣土排出；

h）钻孔钢管桩（5）施工到位后，向钢管内插入注浆管，注入水泥浆，将钢管内的泥浆置换排出；待钢管内充满水泥浆后，将钻孔钢管桩（5）顶部封闭，继续加压注入水泥浆，水泥浆自钢管底部溢出，沿钢管外侧上返至地面，将钻孔钢管桩（5）外部包裹覆盖；

i）施工桩顶承台（7），将承台（7）与原建筑结构（1）或其延伸部位牢固连接，承台（7）下部与钻孔钢管桩（5）顶之间设置钻孔钢管桩配套千斤顶（6），通过钻孔钢管桩配套千斤顶（6）将承台（7）托起，原建筑荷载由静压托换桩（3）转移至钻孔钢管桩（5）；

j）在完成基坑周边支护结构，通过止水帷幕或降水控制地下水后，进一步实施土方开挖，直至设计底板标高；随开挖拆除静压托换桩（3），同时设置侧向支撑结构（8），以保证钻孔钢管桩（5）的受压稳定性；

k）开挖完成后，由新建地下室的底板向上施工地下室结构，与原建筑结构（1）相连；钻孔钢管桩（5）与新建地下室底板牢固连接；

l）新建地下室结构与原建筑结构连接完成后，移除钻孔钢管桩配套千斤顶（6），拆除多余钻孔钢管桩（5），完成既有建筑地下室增层改造。