地下增层技术是将既有建筑地下结构自上往下逐层施工,拓展其使用空间的方法。它符合绿色环保理念,对既有建筑进行功能提升和综合改造符合国家产业发展方向。但目前地下增层开挖技术缺乏系统性成果,没有形成成套的技术标准或施工规范,对该领域存在很大的主观性和经验性。因此开展地下增层桩基托换模型试验研究显得尤为重要。本文通过设计模型试验并结合有限元三维数值模拟来研究桩基托换施工对既有建筑沉降变形的影响,主要研究内容和成果如下:(1)为了更全面地对桩基托换柱脚沉降规律及框架梁跨中底部应变变化规律进行研究,采用1:10的模型试验,本次试验的既有建筑采用钢筋混凝土材料,考虑到模型施工的可能性,只进行主梁的浇筑,并未设计次梁且并未进行地下室底板和顶板的浇筑;托换方式采用桩基托换;开挖方式采用环形开挖预留核心土法。(2)试验以角柱下土体开挖、边柱下土体开挖、中柱下土体开挖这三个工况为一个循环,共分三个循环九个工况来研究其沉降变形规律。收集既有建筑在不同工况下各个柱脚沉降值及第二、三层框架梁跨中底部应变值,研究土方开挖对既有结构的影响,得出工况1、4、7的柱脚沉降值普遍大于其他工况且呈“盆式沉降”,工况3、6中土方开挖后中间跨地基土回弹量较大,上部结构呈“上拱”趋势;框架梁应变中跨大于边跨,在进行第一次开挖中,应变变化最明显。(3)采用ABAQUS建立实体三维模型,根据上面的九个工况和地下室底板顶板施工对桩基托换施工过程进行建模。利用1:10的计算模型和模型试验作对比,验证计算模型能较精确地模拟出本次模型试验得出的沉降及变形规律,从而可利用1:1计算模型模拟工程实际,收集相应沉降及变形值,验证此种托换和开挖方式的可行性。本文通过进行1:10模型试验和计算模型为1:10、1:1的数值模拟对既有建筑桩基托换施工中既有建筑的柱脚沉降、框架梁跨中底部应变变化规律、地下室底板顶板施工对沉降的影响进行研究,为实际工程应用提供参考。