阅读说明：本技术 在既有保留建筑下方原位开挖基坑及新增地下结构的方法 (Method for in-situ excavation of foundation pit and new addition of underground structure under existing reserved building ) 是由 贾坚 翟杰群 谢小林 蓝戊己 章柏林 吴洁妹 董恒晟 朱敏峰 杨科 张志彬 方银 于 2019-11-01 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种在既有保留建筑下方原位开挖基坑及新增地下结构的方法。根据新建基坑施工所需地面作业场地与既有保留建筑的位置关系分别确定顶升托换建筑体和原位托换建筑体,在顶升托换建筑体下方施工顶升托换结构、在原位托换建筑体下方施工原位托换结构；顶升托换建筑体抬升至预设高度后,顶升托换结构下表面设置的支承结构与顶升托换结构共同形成架空结构,架空结构下方提供较大的施工空间,方便在建筑物旁边施工深基坑围护结构以及施工深基坑,在形成的基坑主体中设置地下结构。本发明适用于既有保留建筑下方实施基坑施工和地下空间开发,不会对既有保留建筑造成损伤,不要求建筑原址附近周边有较大的场地进行施工,施工难度和成本显著下降。(The invention relates to a method for excavating a foundation pit and adding an underground structure in situ below an existing reserved building. Respectively determining a jacking underpinning building body and an in-situ underpinning building body according to the position relation between a ground operation field required by the construction of a newly-built foundation pit and an existing reserved building, constructing a jacking underpinning structure below the jacking underpinning building body, and constructing an in-situ underpinning structure below the in-situ underpinning building body; after the jacking underpinning building body is lifted to the preset height, a supporting structure arranged on the lower surface of the jacking underpinning structure and the jacking underpinning structure form an overhead structure together, a larger construction space is provided below the overhead structure, the deep foundation pit support structure and the deep foundation pit can be conveniently constructed beside the building, and an underground structure is arranged in a formed foundation pit main body. The invention is suitable for implementing foundation pit construction and underground space development under the existing reserved building, can not damage the existing reserved building, does not require a larger field around the original site of the building for construction, and obviously reduces the construction difficulty and cost.)

在既有保留建筑下方原位开挖基坑及新增地下结构的方法

技术领域

本发明涉及建筑施工领域，特别是涉及在既有保留建筑下方原位开挖基坑 及新增地下结构的方法。

背景技术

既有保留建筑(包括历史保留建筑、文物建筑、风貌保护区建筑以及其他 类型不能拆除的建筑)是城市历史、艺术和文化的重要载体，因而越来越得到 城市管理者的重视；同时，随着城市的发展，地下空间也得到更充分的开发。 现代城市地下空间的发展建设中应重视既有保留建筑与新增地下结构的有机结 合，使得年代久远的既有保留建筑能够借助地下空间开发而提升其使用功能， 使之适应时代发展的需求。而在既有保留建筑下方原位开挖基坑，以便在其下 方新建地下空间，是城市更新改造的难题，但也是未来的趋势。

过去在既有建筑下方开挖基坑主要有以下几种方式：

1、拆除法：如果既有建筑并非保留建筑，则直接将原建筑物拆除后再新建 地下结构。该方法与在空地上施工基坑相同，工艺成熟且造价较低。但如果既 有建筑属于历史保留建筑、文物建筑、风貌保护区建筑以及其他类型不能拆除 的既有保留建筑，则该方法不能适用。

2、平移法：如果场地条件允许，将既有建筑平移他处，然后在建筑物原址 的空地上新建地下结构，待新建地下结构完成后再将既有建筑平移回原位。该 方法可以整体保留原建筑物，但前提是既有保留建筑原址附近必须有充足的场 地进行平移作业。假如既有保留建筑四边紧贴用地红线无充足空地进行平移， 或成片既有保留建筑平移周转的代价过高时，则该方法不适用。

3、传统的原位托换法：该方法采用静压锚杆桩将原建筑基础进行托换，然 后在其下方掏挖基坑。该方法有以下限制条件：由于原建筑物室内净空较低， 室内空间只能进行静压锚杆桩、小型挖机等小型设备作业，而大型设备必须在 室外作业；特别是在饱和软土地区，当基坑较深时，往往需要采用地下连续墙 成槽设备、大型钢筋笼吊装设备、长臂挖机等深基坑施工必备的大型设备，这 些工艺设备无法在既有建筑物内部空间施工，这就要求既有保留建筑旁边必须 有充足的空地进行作业，同时地下连续墙等深基坑围护结构必须要设置在既有 建筑的外侧，因此大型挖机、土方车等必须设置在既有建筑室外部，否则将无 法在建筑物下方实施基坑，这种方法在面对成片既有保留建筑物时难以解决施 工作业场地的问题；假如仅在狭小的室内空间内作业，则只能采用小型设备进 行小规模浅深度的基坑施工，无法进行大规模深基坑施工。

发明内容

基于此，有必要针对在既有建筑下方开挖基坑时，既有保留建筑周边没有 足够的空间进行深基坑施工操作的问题，提供一种在既有保留建筑下方原位开 挖基坑及新增地下结构的方法。

一种在既有保留建筑下方原位开挖基坑的方法，包括：

根据新建基坑施工所需地面作业场地与既有保留建筑的位置关系，分别确 定顶升托换建筑体和原位托换建筑体；

向土层内施工托换桩基，所述托换桩基布设在所述顶升托换建筑体和所述 原位托换建筑体周围；

分别在所述顶升托换建筑体下方施工顶升托换结构、在所述原位托换建筑 体下方施工原位托换结构；

顶升所述顶升托换结构和所述顶升托换建筑体至预设高度，在所述顶升托 换结构下表面设置支承结构，使所述支承结构与所述顶升托换结构共同形成架 空结构用于支承所述顶升托换建筑体；在所述架空结构下方空间施工基坑围护 结构；

在所述架空结构下方空间施工所述新建基坑的基坑主体，所述原位托换结 构为所述基坑主体提供第一道水平支撑，所述托换桩基为所述基坑主体的水平 支撑体系提供竖向支撑，从而所述原位托换结构与所述托换桩基共同为所述基 坑主体提供立体支撑。

上述在既有保留建筑下方原位开挖基坑的方法，至少具有以下有益的技术 效果：

(1)将顶升托换结构和顶升托换建筑体抬升至预设高度后，顶升托换结构 下表面设置的支承结构与顶升托换结构共同形成了架空结构，架空结构下方可 以提供较大的施工作业空间，可将大型设备设置在架空结构下方，方便在建筑 物旁边施工深基坑围护结构以及实现在既有保留建筑下方进行大规模施工深基 坑。还可在架空结构的下方设置基坑主体施工期间的堆场、大型设备的行车路 线和作业区、基坑开挖出土口等，架空结构的下方空间较大，使得施工方式更 加灵活便捷。

(2)本发明的方法适用于既有保留建筑下方实施基坑施工和地下空间开 发，不会对既有保留建筑造成损伤，相较于平移法和传统的原位托换法来说不 要求建筑原址附近周边有较大的场地进行施工，施工难度和成本明显下降；

(3)原位托换结构可以在基坑主体施工时为基坑主体提供第一道水平支 撑，保证基坑主体的水平支撑度，托换桩基作为基坑主体的竖向支撑立柱为基 坑的水平支撑体系提供竖向支撑，从而原位托换结构与托换桩基共同为基坑主 体提供立体支撑；原位托换结构又可以作为基坑主体及后期新建的地下结构的 顶板，避免既有保留建筑对基坑主体产生过大的压力导致基坑主体垮塌，保证 了施工及使用安全。

(4)顶升托换结构既可以在顶升过程中稳定承托顶升托换建筑体，保证施 工安全，施工完毕操作其回落至要求位置后可以作为基坑主体及后期新建的地 下结构的顶板，避免既有保留建筑对基坑主体产生过大的压力导致基坑主体垮 塌，保证了施工及使用安全。

在其中一个实施例中，所述根据新建基坑施工所需地面作业场地与既有保 留建筑的位置关系分别确定顶升托换建筑体和原位托换建筑体，包括：将置于 所述新建基坑施工所需地面作业场地内的建筑确定为所述顶升托换建筑体，位 于所述新建基坑施工所需地面作业场地以外的建筑确定为所述原位托换建筑 体。

在其中一个实施例中，所述新建基坑施工所需地面作业场地，包括基坑围 护结构施工、工程桩和地基加固施工、施工设备行车路线和作业区、施工堆场、 基坑开挖出土口等地面作业空间。

在其中一个实施例中，所述向土层内施工托换桩基，当所述托换桩基位于 所述新建基坑以外时，所述托换桩基为灌注桩、钢管桩和静压锚杆桩中的至少 一种。

在其中一个实施例中，所述向土层内施工托换桩基，当所述托换桩基位于 所述新建基坑以内且施工空间狭小时，预先向所述新建基坑的土层内施工静压 锚杆桩，所述架空结构形成后，在所述架空结构下方空间施工灌注桩或钢管桩 以替换所述静压锚杆桩。

在其中一个实施例中，所述向土层内施工托换桩基，当所述托换桩基位于 所述新建基坑以内且施工空间充足时，所述托换桩基为灌注桩或钢管桩。

在其中一个实施例中，所述顶升托换结构为梁板结构或厚板结构。

在其中一个实施例中，所述原位托换结构为梁板结构或厚板结构。

在其中一个实施例中，所述支承结构为支承柱。

在其中一个实施例中，所述支承柱为钢筋混凝土柱、钢管混凝土柱、钢柱 或型钢劲性柱。

一种在既有保留建筑下方新增地下结构的方法，包括在既有保留建筑下方 原位开挖基坑的方法及在形成的基坑主体中设置地下结构，所述在形成的基坑 主体中设置地下结构包括：

在所述基坑主体中建造地下结构；

操作所述顶升托换结构和所述顶升托换建筑体回落至要求位置。

(1)本发明的方法适用于既有保留建筑下方实施基坑开挖和地下空间的开 发。该方法不会对既有保留建筑造成损伤，相较于平移法和传统的原位托换法 来说不要求建筑原址附近周边有较大的场地进行施工，施工难度和成本明显下 降。

(2)原位托换结构可以在基坑主体施工时为基坑主体提供第一道水平支 撑，保证基坑主体的水平支撑度，托换桩基作为基坑主体的竖向支撑立柱为基 坑的水平支撑体系提供竖向支撑，从而原位托换结构与托换桩基共同为基坑主 体提供立体支撑；原位托换结构又可以作为新增地下结构的顶板，避免既有保 留建筑对新增地下结构产生过大的压力导致地下结构垮塌，保证了施工及使用 安全。

(3)顶升托换结构既可以在顶升过程中稳定承托顶升托换建筑体，保证施 工安全，施工完毕操作其回落至要求位置后可以作为地下结构的顶板，避免既 有保留建筑对新增地下结构产生过大的压力导致新增地下结构垮塌，保证了施 工及使用安全。

在其中一个实施例中，所述地下结构采用盖挖顺作或逆作法形成。

附图说明

图1为本发明一实施例在既有保留建筑下方原位开挖基坑的方法中的确定 顶升托换建筑体和原位托换建筑体的平面示意图；

图2为图1的A-A处剖面图；

图3为本发明一实施例在既有保留建筑下方原位开挖基坑的方法中的向土 层内施工托换桩基的平面示意图；

图4为图3的B-B处剖面图；

图5为本发明一实施例在既有保留建筑下方原位开挖基坑的方法中的施工 顶升托换结构和原位托换结构的平面示意图；

图6为图5的C-C处剖面图；

图7为图6中的顶升托换结构和顶升托换建筑体被顶升起的示意图；

图8为本发明一实施例在既有保留建筑下方原位开挖基坑的方法中的在顶 升托换建筑体下方形成架空结构、以及在架空结构下方空间施工基坑围护结构 的平面示意图；

图9为图8的D-D处剖面图；

图10为本发明一实施例在既有保留建筑下方原位开挖基坑的方法中的在架 空结构下方空间施工基坑主体的示意图；

图11为本发明一实施例在既有保留建筑下方新增地下结构的方法示意图。

图中：100、新建基坑，101、开挖边线，110、基坑主体，111、水平支撑， 120、基坑围护结构，

200、既有保留建筑，210、顶升托换建筑体，220、原位托换建筑体，

300、架空结构，310、顶升托换结构，320、支承结构，

400、原位托换结构，

500、托换桩基，

600、地下结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。 附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实 现，并不限于本文所描述的实施例。本领域普通技术人员将认识到，在不背离 由随附的权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以对本文所描述的各种 实施例作出变化和改进。此外，为了清楚和简洁起见，可能省略对熟知的功能 和构造的描述。

应当理解的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一 个元件上或者也可以存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元 件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术 领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术 语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的 术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图所示，本发明一实施例中，提供一种在既有保留建筑下方原位开挖基 坑的方法，包括：

参考图1和图2，根据新建基坑100与既有保留建筑200的位置关系，并结 合施工组织，分别确定顶升托换建筑体210和原位托换建筑体220，即划分既有 保留建筑200顶升托换和原位托换的范围；

参考图3和图4，向土层内施工托换桩基500，托换桩基500布设在顶升托 换建筑体210和原位托换建筑体220周围；

参考图5和图6，分别在顶升托换建筑体210下方施工顶升托换结构310、 在原位托换建筑体220下方施工原位托换结构400；

参考图7，利用顶升装置如千斤顶将顶升托换结构310和顶升托换建筑体 210顶升至预设高度；参考图8和图9，在顶升托换结构310下表面设置支承结 构320，从而使支承结构320与顶升托换结构310配合形成架空结构300用于支 承顶升托换建筑体210，在架空结构300下方空间进行基坑围护结构120施工；

参考图10，在架空结构300下方空间进行基坑主体110施工，施工过程中 随着基坑挖掘深度的增加，可依次设置多道水平支撑111；原位托换结构400可 作为基坑主体110的第一道水平支撑，托换桩基500作为基坑主体110的竖向 支撑立柱，为基坑的水平支撑体系提供竖向支承，从而原位托换结构400与托 换桩基500共同为基坑主体110提供立体支撑。

基坑围护结构120具体可以是工程桩，在一些实施例中，基坑围护结构120 可沿开挖边线101设置。基坑主体110施工具体可包括基坑支撑和土方开挖， 图10中在架空结构300下方空间进行基坑主体110施工时，可以在架空结构300 下方设置基坑主体110施工期间的堆场、大型设备的行车路线、基坑开挖出土 口等。

将顶升托换结构310和顶升托换建筑体210抬升至预设高度后，顶升托换 结构310下表面设置的支承结构320与顶升托换结构310共同形成了架空结构 300，架空结构300下方可以提供较大的施工作业空间，可将大型设备设置在架 空结构300下方，方便在建筑物旁边施工基坑围护结构120以及实现在既有保 留建筑下方进行大规模施工深基坑。还可在架空结构300的下方设置基坑主体 110施工期间的堆场、大型设备的行车路线、基坑开挖出土口等，架空结构300 的下方空间较大，使得施工方式更加灵活便捷。

本发明的方法特别适用于成片既有保留建筑下方实施大规模的基坑施工和 地下空间开发，但也可应用于非成片既有保留建筑的地下空间开发。本发明的 方法不会对既有保留建筑造成损伤，相较于平移法和传统的原位托换法来说不 要求建筑原址附近周边有充足的场地进行施工，施工难度和成本明显下降；

原位托换结构400可以在基坑主体110施工时为基坑主体110提供第一道 水平支撑，保证基坑主体110的水平支撑度，托换桩基500作为基坑主体110 的竖向支撑立柱为基坑的水平支撑体系提供竖向支撑，从而原位托换结构400 与托换桩基500共同为基坑主体110提供立体支撑；原位托换结构400还可以 作为基坑主体110及后期新建的地下结构600的顶板，避免既有保留建筑对基 坑主体110产生过大的压力导致基坑主体110垮塌，保证了施工及使用安全。

顶升托换结构310既可以在顶升过程中稳定承托顶升托换建筑体，保证施 工安全，施工完毕操作其回落至要求位置后可以作为基坑主体110及后期新建 的地下结构600的顶板，避免既有保留建筑对基坑主体110产生过大的压力导 致基坑主体110垮塌，保证了施工及使用安全。

参考图1、图2、图8和图9，在一些实施例中，根据新建基坑施工所需地 面作业场地与既有保留建筑200的位置关系分别确定顶升托换建筑体210和原 位托换建筑体220，本实施例中新建基坑施工所需地面作业场地位于基坑围护结 构120正上方的地面区域，因此将置于基坑围护结构120上的建筑确定为顶升 托换建筑体210，未置于基坑围护结构120上的的建筑为原位托换建筑体220， 由于基坑围护结构120沿新建基坑100的开挖边线101设置，因此施工前设定 置于开挖边线101上的建筑为顶升托换建筑体210。将与新建基坑100的开挖边 线101接触的建筑顶升起来使得顶升后形成的架空结构300位于新建基坑100 边缘，形成基坑围护结构120的施工作业空间，且该空间今后也可作为基坑开 挖出土口作业区，为深基坑施工操作提供了便利。

可以理解的，在其他一些实施例中，确定顶升托换建筑体210和原位托换 建筑体220还可以采用其他的方法，例如，工地往往需要设置施工设备行车和 操作区、施工堆场等必要的作业区域，可以将上述作业区域内的既有保留建筑 设为顶升托换建筑体210，将其顶升后可以提供施工所必需的作业场地。

在一些实施例中，向土层内施工托换桩基500，当托换桩基500位于新建基 坑100以外时，由于在基坑以外的托换桩基500不会影响后续基坑主体110及 基坑围护结构120的施工，托换桩基500的形式可根据选择灌注桩、钢管桩或 静压锚杆桩中的任意一种。

在一些实施例中，向土层内施工托换桩基500，当托换桩基500位于新建基 坑100以内时，后期基坑围护结构120及基坑主体110施工时需要利用托换桩 基500作为基坑主体110的竖向支撑立柱，因此要求托换桩基500具备高的承 载力，托换桩基500可选用灌注桩或钢管桩，灌注桩或钢管桩具有较高的承载 力，能够满足后续施工安全要求。然而灌注桩或钢管桩需要较大的施工空间， 因此当施工空间狭小无法开展灌注桩或钢管桩施工时，可采用静压锚杆桩作为 托换桩基500，但是静压锚杆桩承载力较小，相同荷载条件下所需的桩基数量较 多，如果静压锚杆桩布桩太密会直接影响后续基坑开挖作业和大型设备的施工 动作，为了解决这个问题可预先向土层内施工静压锚杆桩，待架空结构300形 成后，再在架空结构300下方的空间施工灌注桩替换静压锚杆桩。

本实施例中，采用该方式后既可以在施工顶升托换结构310、原位托换结构 400形成前利用静压锚杆桩作为托换桩基500提供竖向支撑，又可以在基坑主体 110施工前将静压锚杆桩替换为大间距的灌注桩以满足后续基坑开挖作业和大 型设备的施工动作要求，从而既保障了竖向支撑要求，又不影响基坑主体110 的施工作业。

在一些实施例中，顶升托换结构310为梁板结构或厚板结构，梁板结构或 厚板结构具有足够的刚度，顶升起顶升托换建筑体210后能够对顶升托换建筑 体210稳定承托和支撑，从而保证施工期间顶升托换建筑体210的安全。

在一些实施例中，原位托换结构400为梁板结构或厚板结构。原位托换结 构400为基坑主体110的第一道水平支撑，也需要兼作新增地下结构600的顶 板，因此需要保证足够的强度和支撑性，选用的梁板结构或厚板结构刚度较好， 能够满足使用要求。

参考图9，在一些实施例中，支承结构320为支承柱。优选的，支承柱为钢 筋混凝土柱、钢管混凝土柱、钢柱或型钢劲性柱。钢筋混凝土柱、钢管混凝土 柱、钢柱或型钢劲性柱具有足够的强度和支撑性，可以对顶升托换建筑体210 稳定承托和支撑，从而保证施工期间顶升托换建筑体210的安全。

本发明中，顶升托换建筑体210被顶升起后，顶升托换结构310到地面需 要保持足够的净空高度，相邻支承柱需保证足够的间距，以满足后续大型设备 施工作业的要求。

本发明另一实施例中，提供一种在既有保留建筑200下方新增地下结构600 的方法，包括以上在既有保留建筑200下方原位开挖基坑的方法及在形成的基 坑主体110中进一步设置地下结构600。参考图11，在形成的基坑主体110中 设置地下结构600具体包括：在形成的基坑主体110中建造地下结构600；将顶 升装置如千斤顶或液压油缸等置于顶升托换结构310下方，拆除支承结构320 以后操作顶升装置下降，顶升装置下降时同步带动顶升托换结构310和顶升托 换建筑体210回落至要求位置，此时顶升托换结构310和原位托换结构400均 可兼作新增地下结构600的顶板，避免既有保留建筑200对新增地下结构600 产生过大的压力导致新增地下结构600垮塌，从而保证了使用安全。上述顶升 装置下降时同步带动顶升托换结构310和顶升托换建筑体210回落至要求位置， 可以回落至初始高度，也可以不回落至初始高度，而是结合项目整体布局调整 回落标高。

本发明的方法适用于既有保留建筑下方实施基坑开挖和地下空间的开发。 该方法不会对既有保留建筑造成损伤，相较于平移法和传统的原位托换法来说 不要求建筑原址附近周边有较大的场地进行施工，施工难度和成本明显下降。

原位托换结构400可以在基坑主体110施工时为基坑主体110提供第一道 水平支撑，保证基坑主体110的水平支撑度，托换桩基500作为基坑主体110 的竖向支撑立柱为基坑的水平支撑体系提供竖向支撑，从而原位托换结构400 与托换桩基500共同为基坑主体110提供立体支撑；原位托换结构400又可以 作为新增地下结构600的顶板，避免既有保留建筑对新增地下结构600产生过 大的压力导致地下结构600垮塌，保证了施工及使用安全。

顶升托换结构310既可以在顶升过程中稳定承托顶升托换建筑体，保证施 工安全，施工完毕操作其回落至要求位置后可以作为地下结构600的顶板，避 免既有保留建筑对新增地下结构600产生过大的压力导致新增地下结构垮塌， 保证了施工及使用安全。

在一些实施例中，地下结构600采用盖挖顺作或逆作法形成。盖挖顺作法， 是指基坑主体110一直挖到基底后，从基坑最下面施工开始施工地下结构600 直到基础表面为止。逆作法是指在挖掘基坑主体110的同时施工地下结构600， 即挖一层施工一层，直到地下结构600的最下面一层施工完成为止。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对 上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技 术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的 普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改 进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权 利要求为准。