一种大跨度空间扭转变截面双曲拱桥施工方法与流程

1.一种大跨度空间扭转变截面双曲拱桥施工方法，属于桥梁施工技术领域。


背景技术：

2.目前在城市建设过程中，对于一些跨河跨线钢结构拱桥，拱的设置多为规则对称设计，拱的截面多为规则的截面，在拱分段安装时，钢拱脚与基座的连接多采用埋入承台混凝土的方式，基座与承台的设置结构简单、施工定位难度系数小，但对于钢结构的大空间扭转变截面拱桥施工时，埋置于混凝土承台中的钢基座与异型拱连接施工定位难度大，且扭转变截面拱分段连接施工难度大，定位精度低，对整个桥梁施工质量控制极为不利，本发明旨在解决大跨度空间扭转变截面拱桥施工技术难题，发明涉及的施工技术对整个桥梁施工质量控制具有重要的意义。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种方便对变截面的双曲拱桥施工，且保证双曲拱受力均匀、安装精度高的大跨度空间扭转变截面双曲拱桥施工方法。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该大跨度空间扭转变截面双曲拱桥施工方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1）进行桩基施工，将拱桥基座吊装就位，并浇筑承台混凝土；步骤2）桥墩施工，并完成桥面以下支撑结构的搭设；步骤3）将箱形钢梁逐段吊装至桥面支撑结构上，并将相邻的箱形钢梁焊接，拼接形成桥面；步骤4）进行桥面以上支撑结构的搭设，并在支撑结构的顶部设置拱支座，拱支座的顶部设有内凹的限位部；步骤5）逐段将拱吊装就位并连接，并将相邻的两段拱之间焊接，拱的两端分别与拱桥基座的对应侧焊接；步骤6）在桥面两端安装楼梯；步骤7）在拱两端之间拉水平系杆，在拱与桥面之间张拉竖向吊杆；步骤8）在箱形钢梁的顶部焊接钢筋网架，并浇筑混凝土，形成桥面施工。
5.优选的，步骤1）中所述的拱桥基座的底部设置钢拱肋基础，拱桥基座的底部支撑在钢拱肋基础上。
6.优选的，所述的钢拱肋基础包括支撑在桩基上侧的主体以及加劲梁，加劲梁设置在主体与混凝土垫层之间，且加劲梁位于相邻的桩基之间，拱桥基座支撑在加劲梁的正上方，主体的顶部设置有用于对拱桥基座定位的定位部。
7.优选的，步骤2）中所述的支撑结构之间通过格柱间管架连接为一体。
8.优选的，步骤3）中相邻的所述箱形钢梁通过平整度控制装置调平后再进行焊接。
9.优选的，所述的平整度控制装置包括固定支座以及调平锥块，固定支座和调平锥块分别与相邻的两箱形钢梁相连，固定支座和与其相连的箱形钢梁合围成定位腔，调平锥块为沿远离固定支座的方向逐渐变厚的锥形，调平锥块靠近固定支座的一端可滑动的伸入到定位腔内。
10.优选的，步骤3）中所述的箱形钢梁由中间向两端依次进行安装。
11.优选的，步骤5）中所述的拱有对称设置在桥面两侧的两个，各拱的两端分别设置在桥面的两侧，且两拱的中部在桥面的上侧相交。
12.优选的，步骤4）中所述的拱支座与支撑结构之间设置有调节装置。
13.优选的，步骤5）中所述的拱采用由中间向两端的方向依次安装。
14.与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：本大跨度空间扭转变截面双曲拱桥施工方法能够实现大跨度拱的精确定位，限位槽能够对异形截面的拱进行限位，并对异形截面的拱进行承托，保证了扭转变截面拱桥分段安装施工精度，确保了大跨度空间扭转变截面拱桥整体的施工质量。
附图说明
15.图1为大跨度空间扭转变截面双曲拱桥的立体示意图。
16.图2为大跨度空间扭转变截面双曲拱桥下部的左视示意图。
17.图3为大跨度空间扭转变截面双曲拱桥端部的俯视示意图。
18.图4为拱与箱形钢梁连接的立体示意图。
19.图5为大跨度空间扭转变截面双曲拱桥一端的立体示意图。
20.图6为拱桥基座的钢拱肋基础的主视示意图。
21.图7为拱桥基座的钢拱肋基础的俯视示意图。
22.图8为支撑架的立体示意图。
23.图9为支撑架的主视示意图。
24.图10为拱支撑架的左视示意图。
25.图11为桥面支撑架与拱支撑架连接节点图。
26.图12为可调支座的立体示意图。
27.图13为图12中a处的局部放大图。
28.图14为平整度控制装置的立体示意图。
29.图15为平整度控制装置使用状态的主视示意图。
30.图中：1、箱形钢梁
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2、拱桥基座
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3、拱
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4、楼梯
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5、竖向吊杆
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6、楼梯支撑
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7、连接架体
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8、横向主梁
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9、纵向主梁
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10、加劲梁
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11、加劲板
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12、定位板
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13、桩基
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14、预制基础
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15、支撑架立杆
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16、支撑架横杆
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17、支撑架斜杆
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18、桥面支撑平台
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19、格柱间支撑
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20、立柱
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21、横梁
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22、斜撑
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23、拱支撑平台
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24、格柱间管架
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25、桥面支撑架
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26、拱支撑架
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27、拱支座
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28、连系梁
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29、托板
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30、可调支架
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3001、调节架
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3002、固定架
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31、调节平台
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32、固定平台
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33、筋板
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34、调节螺杆
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35、上紧固螺母
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36、下紧固螺母
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37、固定支座
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38、调平锥块。
具体实施方式
31.下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，然而熟悉本领域的人们应当了解，在这里结合附图给出的详细说明是为了更好的解释，本发明的结构必然超出了有限的这些实施例，而对于一些等同替换方案或常见手段，本文不再做详细叙述，但仍属于本技术的保护范围。
32.图1~15是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~15对本发明做进一步说明。
33.如图1~5所示：大跨度空间扭转变截面双曲拱桥包括桥面、拱桥基座2、拱3以及楼梯4，桥面的两端下侧均设置有桥墩，桥面的端部与桥墩的支撑在桥墩的顶部，两侧的桥墩相配合对桥面进行承托。桥面每一端的两侧均设置有楼梯4，楼梯4为沿靠近桥面的方向逐渐向上的倾斜状，楼梯4的顶部与桥面相连，各楼梯4的下部均设置有楼梯支撑6。拱桥基座2有设置在桥面两端的两个，拱桥基座2设置在桥面的下侧，拱桥基座2设置在对应侧的桥墩的内侧，且拱桥基座2的顶部与桥面间隔设置。拱3有对称设置在桥面两侧的两个，各拱3的两端分别设置在桥面的两侧，两拱3的中部在桥面的中部上侧相交，且两拱3的中部在竖直方向上间隔设置，形成双曲拱。各拱3的端部均与拱基座2的顶部固定连接。
34.桥面的两侧与拱3的对应侧之间均设置有竖向吊杆5，竖向吊杆5沿桥面并排且间隔设置若干根。两拱3位于桥面同一侧的两个端部之间设置有水平系杆。
35.各拱3的端部与桥面的对应侧之间设置有连接架体7，连接架体7的一侧与桥面固定连接，另一侧与对应侧的拱3固定连接。拱3的截面为方形，且各拱3为扭曲状。
36.大跨度空间扭转变截面双曲拱桥施工方法，包括如下步骤：步骤1）进行桩基13施工，将拱桥基座2吊装就位，并浇筑承台混凝土。
37.首先进行桩基13施工，待桩基13达到检测要求且桩基13检测完成后，开始基础承台施工，基础承台包括桥墩基础承台、拱型梁基础承台。桥墩设置在桥墩基础承台上，且桥墩由混凝土浇筑而成。拱型梁基础承台施工时需要注意的是需要提前将钢拱肋基础埋设于基础承台内一起浇筑混凝土。
38.如图6~7所示：钢拱肋基础包括支撑在桩基13上侧的主体以及加劲梁10，加劲梁10设置在主体与混凝土垫层之间，且加劲梁10位于相邻的桩基13之间，且加劲梁10位于拱桥基座的正下方，主体的顶部设置有用于对拱桥基座2定位的定位部。在进行拱桥基座2定位施工时，可以避免出现拱桥基座2底部缝隙，使得周边混凝土为一个完整的整体，充分体现设计意图，同时方便施工，增加定位的精确度。工具制造采用钢板及型钢制造，制造简单。
39.桩基13的顶部穿过混凝土垫层，并高于混凝土垫层设置，而主体的底部以桩基13的顶部为基准进行标高。因此采用传动的施工方法施工时，需要先在混凝土垫层上侧浇筑混凝土至与桩基13的顶部平齐，待浇筑的混凝土凝固后再放置主体和拱桥基座2，并再次在拱桥基座2外浇筑混凝土，这导致拱桥基座2外浇筑的混凝土并不是一个完整的整体，不能充分的保证质量及设计者的意图。
40.在本实施例中，桩基13设置有四根，四根桩基13分布在长方形或正方形的四个顶点处。
41.主体包括横向主梁8和纵向主梁9，横向主梁8和纵向主梁9均采用型号为hw400*400*13*21的型钢，横向主梁8并排且间隔设置有两根，纵向主梁9设置在两横向主梁8之间，纵向主梁9也并排且间隔设置有两根，纵向主梁9的两端分别与对应侧的横向主梁8焊接，形
成方形框架。纵向主梁9的端部与横向主梁8的焊接处均位于对应侧的桩基13的正上方，主体的尺寸根据桩基13间距确定。
42.在横向主梁8的外侧设置有加劲板11，加劲板11设置有若干组，每根纵向主梁9的两端均对应设置有一组加劲板11，每组加劲板11均包括沿横向主梁8并排且间隔设置的若干块，在本实施例中，每组加劲板11均包括沿横向主梁8并排且间隔设置的三块。加劲板11为16mm厚的钢板。
43.主体的顶部设置有定位板12，形成定位部，定位板12为直角三角形，定位板12的一条直角边平行于主体，并与主体的顶部焊接，定位板12的另一条直角边竖直设置。定位板12沿纵向主梁9并排且间隔设置有至少两块，钢结构桥墩定位在定位板12竖向设置的直角边上。定位板12由20mm厚的钢板切割而成。
44.加劲梁10设置在主体的下侧，加劲梁10位于主体与混凝土垫层之间。在本实施例中，加劲梁10平行于纵向主梁9设置，加劲梁10并排且间隔设置有若干根，加劲梁10为型号是hw100*100*6*8的型钢。加劲梁10放置在混凝土垫层上侧，两横向主梁8的中部均支撑在加劲梁10上。加劲梁10位于钢结构桥墩的正下方，加劲梁10能够增强主体的强度，避免安装钢结构桥墩后，主体中部向下弯曲。加劲梁10位于两侧的桩基13之间。
45.将拱梁基座2吊装至钢拱肋基础上侧，并在拱梁基础2内布设钢筋，然后向拱梁基础2内浇筑混凝土。
46.步骤2）桥墩施工，并完成桥面以下支撑支撑结构的搭设。
47.承台施工完成后根据设计图纸施工桥墩，同时按照施工方案进行桥面以下支撑架的安装。根据tekla模型，即支撑架与钢构件整体模型，严格控制支撑架的高程，确保安装精度。
48.如图8~11所示：支撑结构包括桥面支撑架25、拱支撑架26、桥面支撑平台18以及拱支座27，桥面支撑架25并排且间隔设置有若干个，至少两个桥面支撑架25的顶部安装有拱支撑架26，拱支撑架26为龙门状，在各桥面支撑架25的顶部均安装有桥面支撑平台18，在拱支撑架26的顶部设置有用于对拱梁支撑的拱支座27，各桥面支撑架25均安装在预制基础14上。通过在桥面两侧搭设拱支撑架26，与桥面支撑架25形成一个连续的整体，增加了架体的整体稳定性，保证施工期间的安全，同时避免了桥面承受竖向荷载而带来的不利影响。
49.桥面支撑架25并排且间隔设置有若干个，且各桥面支撑架25均安装在预制基础14上，每相邻的两个桥面支撑架25之间均通过格柱间管架24相连，且格柱间管架24与桥面支撑架25之间通过高强度螺栓拉结。在本实施例中，桥面支撑架25并排且间隔设置有十个，各桥面支撑架25的顶部均设置有桥面支撑平台18，桥面支撑平台18通过高强度螺栓与桥面支撑架25拉结。
50.至少有两个桥面支撑架25的上侧设置有拱支撑架26，在本实施例中，拱支撑架26并排且间隔设置有四个，每个拱支撑架26的底部与对应的桥面支撑架25之间通过高强度螺栓拉结，每相邻的两拱支撑架26之间设置有格柱间管架24，格柱间管架24与拱支撑架26之间通过高强度螺栓拉结。在拱支撑架26的顶部设置有拱支撑平台23，各拱支撑平台23上均并排且间隔设置有两个拱支座27，拱支座27的顶部设置有与拱3对接的限位槽。
51.拱支撑架26包括下支撑架和上支撑架，下支撑架有对称设置在桥面支撑平台18两侧的两个，各下支撑架的底部与桥面支撑架25的顶部相连，上支撑架设置在下支撑架的上
侧，且上支撑架的两端分别与对应侧的下支撑架相连。上支撑架与桥面支撑平台18的间距为2~3m，以避免对桥面的吊装造成妨碍。在两下支撑架之间设置有格柱间支撑19，格柱间支撑19的两端分别与对应侧的下支撑架通过高强度螺栓拉结。
52.桥面支撑架25为由支撑架立杆15和支撑架横杆16焊接成的长方体框架，每相邻的两支撑架横杆16之间均设置有支撑架斜杆17，支撑架立杆15采用的是型号为φ245*8的钢管，支撑架横杆16和支撑架斜杆17采用的是型号为φ114*6的钢管。格柱间管架24为由型号为φ114*6的钢管焊接而成的连接管桁架。桥面支撑平台18采用型号为hw300*300*10*15的型钢焊接而成，型钢的顶面平铺20mm厚的钢板，且钢板与型钢之间焊接。
53.拱支撑架26的下支撑架为由支撑架立杆15和支撑架横杆16焊接成的长方体框架，每相邻的两支撑架横杆16之间均设置有支撑架斜杆17，支撑架立杆15采用的是型号为φ245*8的钢管，支撑架横杆16和支撑架斜杆17采用的是型号为φ114*6的钢管。拱支撑架26的上支撑架为由横梁21和立柱20焊接成的长方体框架，横梁21之间设置有斜撑22，立柱20采用的是型号为hw200*200*8*12的型钢，横梁21采用的是型号为hw300*300*10*15的型钢，斜撑22采用的是型号为hw150*150*7*10的型钢。
54.拱支撑平台23采用型号为hw300*300*10*15的型钢焊接而成，型钢的顶面平铺20mm厚的钢板，且钢板与型钢之间焊接。
55.在本步骤中，进完成桥面支撑架25和桥面支撑平台18的安装。
56.步骤3）将箱形钢梁1逐段吊装至桥面支撑结构上，并将相邻的箱形钢梁1焊接，拼接形成桥面。
57.桥面支撑架25和桥面支撑平台18安装完毕，高程校核完毕，安装定位线放线完毕，校核无误后，开始进行桥面箱型梁1的安装。根据安装好的支撑结构，放置箱形钢梁垫块，垫块制作时考虑箱梁的纵向坡度，根据施工方案的安装顺序，由中间向两端依次进行安装。每相邻的两箱形钢梁1之间焊接，形成桥面。在箱形钢梁1焊接时，需要保障相邻两箱形钢梁1之间的平整度，保证桥面平整。
58.步骤4）进行桥面以上支撑结构的搭设，并在支撑结构的顶部设置拱支座27，拱支座27的顶部设有内凹的限位部。
59.在桥面支撑架25和桥面支撑平台18的上侧搭设拱支撑架26以及拱支撑平台23，拱支座27安装在拱支撑平台23上侧。
60.如图12~13所示：拱支座27包括可调支座30以及托板29，托板29位于可调支座30的上侧，并与可调支座30的顶部固定连接，托板29的顶部设置有内凹的限位槽，限位槽的两侧均为由下至上逐渐向外的倾斜状。限位槽能够对异形截面的拱3进行限位，并对异形截面的拱3进行承托，保证了拱3为扭曲变截面多边形时，拱3安装的精确度，确保了拱桥整体的施工质量，解决了传统工艺条件下安全性不能保证的问题。
61.拱支座27还包括连系梁28，拱支撑平台23水平设置，可调支座30安装在拱支撑平台23的上侧，可调支座30的底部与拱支撑平台23之间焊接。可调支座30有并排且间隔设置的两个，两可调支座30之间通过连系梁28相连，连系梁28的两端分别与对应侧的可调支座30焊接。各可调支座30的顶部均安装有托板29，托板29的上侧设置有与异形截面拱梁相配合的限位槽，两托板29间隔设置。
62.拱支撑平台23由型钢焊接而成，拱支撑平台23的顶部设置有焊接有钢板。可调支
座30包括中部立柱、侧立柱以及支座横梁，中部立柱和侧立柱均竖向设置，侧立柱有对称设置在中部立柱两侧的两根，中部立柱的下端和侧立柱的下端均与拱支撑平台23焊接，中部立柱的上端和侧立柱的上端均与托板29焊接。各侧立柱和中部立柱之间均设置有支座横梁，支座横梁的一端与对应侧的侧立柱焊接，另一端与中部立柱的对应侧焊接。
63.托板29有两块钢板焊接而成，两钢板的厚度均为20mm，两钢板的下端焊接，上端为由下至上逐渐向外的倾斜状，并在托板29的上侧形成开口朝上的“v”形限位槽。
64.其中，连系梁28采用18号工字钢，支座横梁也采用18号工字钢，中部立柱采用的是型号为hw400*400*13*21的型钢，侧立柱采用的是型号为hw250*250*9*14的型钢。
65.可调支座30包括调节架3001、固定架3002以及调节装置，固定架3002设置在拱支撑平台23的上侧，固定架3002的底部与拱支撑平台23焊接，固定架3002的顶部焊接有固定平台32，调节架3001间隔设置在固定架3002的正上方，调节架3001的底部安装有水平的调节平台31，调节平台31间隔设置在固定平台32的上侧，且调节平台31与调节架3001的底部之间以及固定平台32与固定架3002的顶部之间均设置有筋板33。调节装置设置在固定平台32与调节平台31之间，调节装置环绕上固定平台32间隔设置有若干个。调节架3001的底部以及固定架3002的顶部均设置有连系梁28。
66.每个调节装置均包括调节螺杆34、上紧固螺母35以及下紧固螺母36，调节螺杆34竖向设置，调节螺杆34的上端穿过调节平台31后向上伸出，且调节螺杆34与调节平台31之间可相对滑动，上紧固螺母35与调节螺杆34的上部螺纹连接，上紧固螺母35有设置在调节平台31上下两侧的两个，两上紧固螺母35相配合，对调节平台31与紧固螺杆34之间进行紧固，各上紧固螺母35与调节平台31之间均设置有垫圈。调节螺杆34的下端穿过固定平台32后向下伸出，且调节螺杆34与固定平台32之间可相对滑动，下紧固螺母36与调节螺杆34的下部螺纹连接，下紧固螺母36有设置在固定平台32上下两侧的两个，两下紧固螺母36相配合，对固定平台32与紧固螺杆34之间进行紧固，各下紧固螺母36与固定平台32之间均设置有垫圈。
67.步骤5）逐段将拱3吊装就位并连接，并将相邻的两段拱3之间焊接，拱3的两端分别与拱桥基座2的对应侧焊接。
68.拱3采取两侧对称安装，先安装低拱段，再安装高拱段。拱3安装完成后，在各拱3的端部与桥面的对应侧之间安装连接架体7，以使拱3与桥面连接。同时各拱3的端部均与拱桥基座2的顶部的对应侧相连。拱3安装完成后，在拱3和桥面上刮腻子，并进行面漆喷涂。
69.步骤6）在桥面两端安装楼梯4。
70.在桥面的两端安装楼梯4，楼梯4的底部支撑在混凝土浇筑的楼梯支撑6上。
71.步骤7）在拱3两端之间张拉水平系杆，在拱3与桥面之间张拉竖向吊杆5。
72.桥面同一侧的两拱3的端部之间张拉水平系杆，即两拱位于桥面同一侧的两个端部之间通过水平系杆相连。
73.拱3及箱形钢梁1全部焊接完后，开始进行支撑结构的拆除。支撑结构拆除完毕，首先进行箱形钢梁1两侧水平拉杆的安装，并进行张拉施工。之后再进行拱3与箱型梁1之间竖向吊杆5的安装及张拉，吊杆安装采取由中间向两端，对称安装及张拉的方式进行。
74.在拱3与桥面之间张拉竖向吊杆5，竖向吊杆5由桥面端部至中部对称张拉，每次张拉四根竖向吊杆5。
75.步骤8）在箱形钢梁1的顶部焊接钢筋网架，并浇筑混凝土，完成桥面施工。
76.完成桥面基层清理之后，桥面间距1m焊接20mm、8mm、6mm钢筋，保证桥面坡度。做完桥面防水之后，铺设φ8钢筋网，间距100mm。楼梯4施工时，考虑钢材与混凝土材料温度形变不一致，相对形变较大，在楼梯4的踏步中增加钢筋网与踏面、踢面点焊。
77.在桥面上侧以及楼梯4上侧浇筑混凝土，形成桥面。
78.如图14所示：在本实施例中，采用平整度控制装置来实现相邻箱形钢梁1的平整度的控制。平整度控制装置包括固定支座37以及调平锥块38，固定支座37和调平锥块38分别与相邻的两箱形钢梁1相连，固定支座37和与其相连的箱形钢梁1合围成定位腔，调平锥块38为沿远离固定支座37的方向逐渐变厚的锥形，调平锥块38靠近固定支座37的一端可滑动的伸入到定位腔内。平整度控制装置在进行箱形钢梁1拼接调平时，可以消除因为箱形钢梁1在生产加工时产生的钢板变形，保证两箱形钢梁1保持对齐，操作简单，省时省工，同时又能保证下一阶段两侧箱形钢梁1的焊接质量。工具制造采用价廉的轻质材料，制造简单，使用方便。
79.固定支座37和调平锥块38均由角钢切割而成，固定支座37的长度为5~7cm，调平锥块38的长度为20~25cm。固定支座37和调平锥块38分别焊接在待焊接的两箱形钢梁1上，固定支座37沿箱形钢梁1的焊缝间隔均布有若干个，每相邻的两个固定支座37的间距为1m，调平锥块38与固定支座37一一对应。固定支座37可根据具体的施工情况进行调整。
80.固定支座37的两侧均为沿远离调平锥块38的方向逐渐变窄的锥形，固定支座37的两侧均与对应侧的箱形钢梁1相连，并使定位腔为三棱台状，即定位腔为沿远离调平锥块38的方向截面积逐渐减小的锥形。
81.调平锥块38的两侧均为沿靠近固定支座37的方向逐渐变窄的锥形，使调平锥块38为沿靠近固定支座37的方向逐渐变薄的锥形。调平锥块38的一端与对应侧的箱形钢梁1相连，另一端伸入到定位腔内。
82.如图15所示：当两箱形钢梁1调平时，将调平锥块38的端部伸入到固定支座37内，通过敲打调平锥块38的挤压力，使的两箱形钢梁1趋于平整，能够保证焊接后的两箱形钢梁1平整，保证两箱形钢梁1的焊接质量，而且操作简单，省时省工。
83.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。