無人機傾斜攝影技術在路肩擋墻水毀坍塌應急處置工程中的應用

吳利彬

摘 要：本文結合路肩擋墻水毀工程實例首次成功將無人機傾斜攝影技術應用于水毀應急處置，介紹了無人機傾斜攝影+三維實景建模的工作思路，并分析了三維實景模型對擋墻水毀應急處置設計的輔助作用，還詳細分析了路肩擋墻水毀坍塌原因，介紹了針對不同段落、不同部位路肩擋墻水毀坍塌加固設計思路、方案，并提出后期養護建議。

關鍵詞：無人機傾斜攝影技術;路基擋墻;水毀;應急工程

0 引言

公路路基擋墻受暴雨、冰雪等惡劣天氣影響會發生坍塌水毀等病害，陳勇等[1]針對某公路工程擋土墻水毀病害的情況，分析認為公路工程擋土墻水毀主要有墻面開裂、墻體滑移、墻體沉降等，并提出了相應的處治措施。劉奇鳳[2]對影響浸水擋土墻可靠度的隨機因素進行了分析，水流對擋土墻，特別是擋土墻裂縫的動水壓力作用是引起擋土墻破壞的關鍵環節。路基水毀病害具有發生突然、社會影響大的特點，設計時間緊、任務重，如何快速獲取設計參數是成功治理路基水毀病害的關鍵，隨著科技的發展，無人機技術得到長足的發展。王立爭[3]提出在公路行業，傾斜攝影三維技術可以直觀描述路線帶的地形地貌情況，極大提高道路勘測選線的工作效率。相詩堯等[4]利用無人機傾斜攝影技術獲取項目區域的三維實景模型，為市政道路BIM設計提供真實、準確的三維基礎數據。潘成軍[5]無人機傾斜攝影技術可以獲取道路及周邊環境實景三維模型，并為模型提供更精細化的要素表達方式，為傾斜攝影生產及技術的推廣提供可靠依據。

本文將無人機傾斜攝影技術應用于擋墻水毀處置工程外業調查中，通過三維實景模型輔助擋墻加固設計，大大提高了設計精度和效率，為類似工程實踐提供了寶貴的經驗。

1 工程概況

2018年1月19日晚8時安徽某公路左右上行K6+030處路肩擋墻坍塌，該段為高填方路基，原設計為重力式墻砌片石擋墻，地面以上墻高7.5 m，塌腔長高深尺寸為20×6.5×3 m，須及時對坍塌段擋墻進行處置并對兩側鼓脹擋墻進行預加固。

2 無人機傾斜攝影+三維實景建模

采用無人機傾斜攝影技術采集數據，較傳統數據采集方式相比，在高邊坡、高擋墻方面具備數據采集精度高、全方位展示的優點。整個攝影過程用時約一個小時，取得航拍圖片750張。

運用ContextCapture軟件，構建現場的三維實景模型。

3 水毀坍塌原因分析

3.1 擋墻坍塌破壞特征

（1）塌腔位于墻頂至基礎以上1 m處，基礎并未出現滑移、傾覆，擋墻破壞形式為墻身鼓脹后的剪切破壞。

（2）該段擋墻勾縫脫落，泄水孔未見排水痕跡，但墻身鼓脹位置浸水痕跡明顯，擋墻破壞時墻背路基填料含水量較高。

（3）上行線路面存在長縱縫，同時分布數道橫縫，且出現輕微沉陷，路面匯水不斷下滲侵入路基，且坍塌段落與路面裂縫密集段落位置對應關系顯著。

3.2 擋墻坍塌原因分析

根據擋墻坍塌破壞特征，結合原設計及施工資料，擋墻基礎位于弱風化混合花崗，承載力>2 000 kPa，滿足設計要求，基礎并未出現傾覆、滑移破壞，經走訪村民，K6+055處石拱涵過水通暢，山體匯水可順利排出，擋墻及基礎無山體匯水滲透浸泡現象。

綜合以上分析，本次K6+018～K6+038段擋墻坍塌原因為：

（1）根據現場情況，上行線行車道出現縱向、橫向裂縫，且2018年1月以來，工點區域突降暴雪，融雪后路面匯水不斷下滲，導致路基內部含水量上升，墻后填土粘聚力和內摩擦角降低，土壓力增大，加之擋墻砌筑砂漿不夠飽滿，片石粒徑較小，進一步降低了擋墻截面抗剪能力，再加上車輛荷載的長期作用，導致擋墻出現擁鼓，掉塊。

（2）工點位于淮河以北，冬季氣溫較低，墻背含水量因雪水下滲不斷升高，路基及墻身凍脹，在凍融循環作用下最終導致截面破壞，推倒擋墻，誘發路基坍塌。

基于以上分析，本工程擋墻支擋的關鍵問題是提高擋墻墻身抗剪能力，同時應封閉路面滲水路徑。

4 三維實景模型輔助加固方案設計

主要工程措施為坍塌段落擋墻恢復并在外側設置扶壁墻進行支檔、未坍塌段落擋墻外側設置扶壁墻進行支檔、坍塌段落瀝青路面重鋪、路面裂縫瀝青灌縫等。塌腔清理嵌補及扶壁墻基礎開挖過程中，應加強原擋墻觀測，必要時應采取相應的臨時支護措施。

4.1 坍塌段清理恢復，扶壁墻加固

該段清理嵌補的范圍向左右兩側延伸至沉降縫，處理段落總長度31 m。

施工時先拆除路面結構及護欄底座，拆除時加強對兩側擋墻變形的觀測，同時應對兩側擋墻采取相應的臨時支撐措施。然后，清理塌腔內松散體并根據塌腔后緣斷面形式開挖臺階后采用C30砼分層、分段澆筑擋墻，澆筑時僅立外模即可，每層高度不得高于2 m，按照每10 m一段設置沉降縫，擋墻墻頂距路面50 cm，墻頂以上澆筑40 cm厚C30砼代替水穩，冬季施工可適量摻入防凍劑和早強劑，然后重鋪10 cm厚路面結構層，外側為40 cm厚1.5 m寬護欄底座。

擋墻澆筑至地面以上3 m～4 m高時，可在外側跳槽開挖扶壁墻基礎，進行扶壁墻施工。扶壁墻基礎應跳挖施工，扶壁墻采用C30鋼筋混凝土整體現澆。

4.2 未坍塌段預加固

該段擋墻采用扶壁式擋墻進行支護，防止擋墻擁鼓繼續發育進而剪切破壞。

考慮到擋墻外側為7 m寬村道，擬預留3.5 m寬度保障村民基本通行能力，扶壁式擋墻采用C30鋼筋混凝土整體現澆。

4.3 附屬設施工程

（1）路面裂縫灌縫封閉。本次應急處置擬對該段路面裂縫進行熱瀝青灌縫封閉處置，含路面長縱縫及橫縫，共計300 m。

（2）村道硬化。該段擋墻加固后，原村道寬度由7 m縮減至3.5 m，對路面進行硬化后，可滿足村民基本通行需求，硬化長度約120 m，寬3.5 m。村道外側原防撞墩按原狀恢復。

5 結語

（1）通過無人機傾斜攝影技術獲取坍塌現場三維實景模型，準確獲得相關尺寸，杜絕二次測量，傾斜攝影耗時1 h，大大提高了外業踏勘效率。

（2）三維實景模型可獲取坍塌路段任意位置斷面，從而獲取塌腔深度、高度、長度等重要設計參數，三維實景模型還能進行三維效果出圖，增加了圖紙的直觀性和美觀性。

（3）本項目成功實施為路肩擋墻水毀坍塌等應急工程設計提供了寶貴的經驗。

參考文獻：

[1]陳勇，張紅.擋土墻水毀病害分析與處治[J].科學技術創新，2017（21）：186-187.

[2]劉奇鳳.沿河路基擋土墻水毀危險性定量化研究[D]. 長安大學，2017.

[3]王立爭.無人機傾斜攝影實景建模技術在道路選線中的應用[J].科學技術創新，2019（24）：54.

[4]相詩堯，趙杰，徐潤，等.無人機傾斜攝影與BIM技術結合在市政道路設計中的應用[J].公路，2019（7）：41.

[5]潘成軍.無人機傾斜攝影在道路工程中的應用與分析[J].測繪工程，2018（12）：12.