根据以上影响因素分析和变形控制标准，从以下3方面进行建模分析计算:(1)验算桥墩的承载能力、建筑与桥墩承台连接处局部应力;(2)验算高铁桥桩基础承载力、沉降和墩顶位移;(3)分析施工过程如建筑桩基的施工、水泥搅拌桩施工对既有桥墩的影响。    

基于目前电子计算机的计算能力，建立整个新增站房区域的桥墩及土体有限元模型是不现实的，综合考虑计算规模与精度的协调，选择最不利位置建立单独桥墩及其周边土体的有限元模型是满足要求的。经分析，京沪高铁昆山特大桥正线Z11号桥墩刚度小，受到新建站房结构施工的影响更敏感，同时承受的建筑荷载也偏大，且其临近位置布置有建筑桩基础，其墩顶位移最为不利。所以选取Z11号桥墩为主要分析对象，如图3所示，计算区域图中虚线框范围所示。

1 墩身验算    

由于建筑屋架通过植筋技术与桥墩墩顶直接连接，相当于对墩顶带施加了额外的偏压荷载。为了验算桥墩在建筑附加荷载作用下是否能够满足承载要求。以刚度最小的Zll号桥墩为分析对象，将各桥墩中最大的墩顶建筑荷载与桥梁上部结构荷载组合后对桥墩墩身进行了验算，主要计算结果见表2。 

可见桥墩墩身各项指标在增加建筑传递来的荷载后仍能够满足设计限值的要求。

2 墩身、承台局部应力验算    

采用有限元分析软件建立了桥墩、承台连接处位置的局部实体模型，检算了新增站房传递过来的荷载作用在墩身、承台上的局部应力，其结果如图4、图5所示。    

由此可知，建筑与桥墩连接引起墩身局部最大主压应力为10. 45 MPa，引起承台局部最大主压应力为5. 417 MPa，均未超过规范所规定[ion的容许压应力。

3 桥墩基础影响分析

3. 1 计算模型    

采用大型通用有限元软件ABAQUS建立数值分析实体模型，在该模型中模拟了距离Z11号桥墩基础最近的加固水泥搅拌桩施工、建筑桩基开挖、灌注等过程。模型布置图如图6、图7所示，模型土体尺度(长、宽、高);60 m。  

模型共有128 489个节点，118 284个单元，包含了土体、桥墩基础、建筑基础3个部分，全部由六面体单元C3D8R组成。土体应力应变的本构理论模型采用Mohr-Coulomb弹塑性模型，桥墩、承台、桩基采用线弹性模型，梁部采用等效荷载加载于桥墩顶面。土体与基础之间采用面对面接触形式模拟桩土相互作用。水泥搅拌桩、建筑桩基钻孔开挖采用单元生死技术实现，桩基单元激活则采用了追踪单元模拟避免激活时变形不协调。    

分析步骤为:工况①地应力平衡;②开挖临近的水泥搅拌桩内土体，并施加水泥浆静水压力，模拟水泥搅拌桩施工;③开挖钻孔，并在钻孔壁上施加护壁泥浆所产生的静水压力，泥浆重度按照11 kN/m3取值，激活建筑桩基模拟灌注过程;⑤施加建筑荷载。分别在建筑桩顶、桥墩墩顶、桥墩承台上施加建筑所传递过来的荷载，并在建筑区域土体表面上施加建筑压力荷载和活载。

 3. 2 建筑地面加固水泥搅拌桩施工对既有桥梁的影响    

相关实测数据和分析表明，水泥搅拌桩施工对6m外的土体影响较小;在距桩边1. 0 m以上范围时，水泥搅拌桩施工对0一10 m深度桩周土的扰动度在20%以内[I51。所以本模型模拟了2.1 1号桥墩附近6排水泥搅拌桩的成孔灌注过程;平面按水泥搅拌桩距离高铁桥墩承台边缘最近为1. 1 m分析。有限元模型中搅拌桩桩孔与既有桥墩相互关系如图8所示。    

在经过钻孔、灌浆、搅拌等一系列工序，桩孔内的浆体静水压力不足以抵抗上部土体回缩趋势，桩孔上部土体将向孔心收缩;另一方面，桩孔下部土体则在静水压力作用下略微向外扩张。桩孔周围上下部分土体发生相对位移，使得桥梁的桩基础随着土体变形产生一定程度的弯曲。桥墩基础及搅拌桩周围土体的变形形态如图9所示。   

经计算分析，本工程搅拌桩施工前，桥梁桩基最大竖向压应力为5. 008 MPa，最小为1. 04 MPa;施工完成后，竖向压应力最大为6. 517 MPa，最小为1. 029 MPa ,施工完成后最大压应力增量为1. 509 MPa，全桩基压应力未超过规范允许值且未出现拉应力，可认为在搅拌桩施工过程中基础受力处于安全状态。水泥搅拌桩施工后铁路桥梁墩顶最大顺桥向位移为0. 315 mm，墩顶竖向沉降为0. 06 mm，均满足限值要求。但仍应注意的是，水泥搅拌桩桩长不宜过大，与既有桥墩桩基亦应保证有一定安全距离，使其施工对后者的不利影响在安全可控范围内。

 3. 3 新增站房桩基对既有桥梁的影响    

通过模型计算，提取了Zll号桥墩在新增站房各工况作用下的4个角桩的侧摩阻力、桩身轴力、弯矩，图10为1号角桩各阶段桩侧摩阻力和桩身内力竖向分布情况。    

由计算结果得出以下结论:各工况作用下，京沪高铁zm号桥墩各桩基摩阻力分布曲线几乎重合，未见明显的摩阻力值变动;各桩桩身轴力分布曲线在开挖、灌注阶段基本重合，在建筑建成之后桩身轴力增加，最大竖向压应力为6. 39 MPa，远小于规范所规定的容许应力;在建筑施工及建成各工况作用下，各角桩的顺桥向弯矩和顺桥向剪力分布曲线基本吻合，未出现明显增大。    

如图11所示为Z11号桥墩桩基在建筑建成后桥梁桩基及附近土体变形形态，可知在土体局部下陷效应和建筑传递到桥墩、承台上的荷载双重作用下，桥墩发生了向新增建筑区域倾倒的趋势〕计算所得各施工阶段墩顶位移数值和竖向沉降值如表3所示，均满足1 mm的变形控制限值要求。