无人机倾斜摄影技术在路肩挡墙水毁坍塌应急处置工程中的应用

吴利彬

摘 要：本文结合路肩挡墙水毁工程实例首次成功将无人机倾斜摄影技术应用于水毁应急处置，介绍了无人机倾斜摄影+三维实景建模的工作思路，并分析了三维实景模型对挡墙水毁应急处置设计的辅助作用，还详细分析了路肩挡墙水毁坍塌原因，介绍了针对不同段落、不同部位路肩挡墙水毁坍塌加固设计思路、方案，并提出后期养护建议。

关键词：无人机倾斜摄影技术;路基挡墙;水毁;应急工程

0 引言

公路路基挡墙受暴雨、冰雪等恶劣天气影响会发生坍塌水毁等病害，陈勇等[1]针对某公路工程挡土墙水毁病害的情况，分析认为公路工程挡土墙水毁主要有墙面开裂、墙体滑移、墙体沉降等，并提出了相应的处治措施。刘奇凤[2]对影响浸水挡土墙可靠度的随机因素进行了分析，水流对挡土墙，特别是挡土墙裂缝的动水压力作用是引起挡土墙破坏的关键环节。路基水毁病害具有发生突然、社会影响大的特点，设计时间紧、任务重，如何快速获取设计参数是成功治理路基水毁病害的关键，随着科技的发展，无人机技术得到长足的发展。王立争[3]提出在公路行业，倾斜摄影三维技术可以直观描述路线带的地形地貌情况，极大提高道路勘测选线的工作效率。相诗尧等[4]利用无人机倾斜摄影技术获取项目区域的三维实景模型，为市政道路BIM设计提供真实、准确的三维基础数据。潘成军[5]无人机倾斜摄影技术可以获取道路及周边环境实景三维模型，并为模型提供更精细化的要素表达方式，为倾斜摄影生产及技术的推广提供可靠依据。

本文将无人机倾斜摄影技术应用于挡墙水毁处置工程外业调查中，通过三维实景模型辅助挡墙加固设计，大大提高了设计精度和效率，为类似工程实践提供了宝贵的经验。

1 工程概况

2018年1月19日晚8时安徽某公路左右上行K6+030处路肩挡墙坍塌，该段为高填方路基，原设计为重力式墙砌片石挡墙，地面以上墙高7.5 m，塌腔长高深尺寸为20×6.5×3 m，须及时对坍塌段挡墙进行处置并对两侧鼓胀挡墙进行预加固。

2 无人机倾斜摄影+三维实景建模

采用无人机倾斜摄影技术采集数据，较传统数据采集方式相比，在高边坡、高挡墙方面具备数据采集精度高、全方位展示的优点。整个摄影过程用时约一个小时，取得航拍图片750张。

运用ContextCapture软件，构建现场的三维实景模型。

3 水毁坍塌原因分析

3.1 挡墙坍塌破坏特征

（1）塌腔位于墙顶至基础以上1 m处，基础并未出现滑移、倾覆，挡墙破坏形式为墙身鼓胀后的剪切破坏。

（2）该段挡墙勾缝脱落，泄水孔未见排水痕迹，但墙身鼓胀位置浸水痕迹明显，挡墙破坏时墙背路基填料含水量较高。

（3）上行线路面存在长纵缝，同时分布数道横缝，且出现轻微沉陷，路面汇水不断下渗侵入路基，且坍塌段落与路面裂缝密集段落位置对应关系显著。

3.2 挡墙坍塌原因分析

根据挡墙坍塌破坏特征，结合原设计及施工资料，挡墙基础位于弱风化混合花岗，承载力>2 000 kPa，满足设计要求，基础并未出现倾覆、滑移破坏，经走访村民，K6+055处石拱涵过水通畅，山体汇水可顺利排出，挡墙及基础无山体汇水渗透浸泡现象。

综合以上分析，本次K6+018～K6+038段挡墙坍塌原因为：

（1）根据现场情况，上行线行车道出现纵向、横向裂缝，且2018年1月以来，工点区域突降暴雪，融雪后路面汇水不断下渗，导致路基内部含水量上升，墙后填土粘聚力和内摩擦角降低，土压力增大，加之挡墙砌筑砂浆不够饱满，片石粒径较小，进一步降低了挡墙截面抗剪能力，再加上车辆荷载的长期作用，导致挡墙出现拥鼓，掉块。

（2）工点位于淮河以北，冬季气温较低，墙背含水量因雪水下渗不断升高，路基及墙身冻胀，在冻融循环作用下最终导致截面破坏，推倒挡墙，诱发路基坍塌。

基于以上分析，本工程挡墙支挡的关键问题是提高挡墙墙身抗剪能力，同时应封闭路面渗水路径。

4 三维实景模型辅助加固方案设计

主要工程措施为坍塌段落挡墙恢复并在外侧设置扶壁墙进行支档、未坍塌段落挡墙外侧设置扶壁墙进行支档、坍塌段落沥青路面重铺、路面裂缝沥青灌缝等。塌腔清理嵌补及扶壁墙基础开挖过程中，应加强原挡墙观测，必要时应采取相应的临时支护措施。

4.1 坍塌段清理恢复，扶壁墙加固

该段清理嵌补的范围向左右两侧延伸至沉降缝，处理段落总长度31 m。

施工时先拆除路面结构及护栏底座，拆除时加强对两侧挡墙变形的观测，同时应对两侧挡墙采取相应的临时支撑措施。然后，清理塌腔内松散体并根据塌腔后缘断面形式开挖台阶后采用C30砼分层、分段浇筑挡墙，浇筑时仅立外模即可，每层高度不得高于2 m，按照每10 m一段设置沉降缝，挡墙墙顶距路面50 cm，墙顶以上浇筑40 cm厚C30砼代替水稳，冬季施工可适量掺入防冻剂和早强剂，然后重铺10 cm厚路面结构层，外侧为40 cm厚1.5 m宽护栏底座。

挡墙浇筑至地面以上3 m～4 m高时，可在外侧跳槽开挖扶壁墙基础，进行扶壁墙施工。扶壁墙基础应跳挖施工，扶壁墙采用C30钢筋混凝土整体现浇。

4.2 未坍塌段預加固

该段挡墙采用扶壁式挡墙进行支护，防止挡墙拥鼓继续发育进而剪切破坏。

考虑到挡墙外侧为7 m宽村道，拟预留3.5 m宽度保障村民基本通行能力，扶壁式挡墙采用C30钢筋混凝土整体现浇。

4.3 附属设施工程

（1）路面裂缝灌缝封闭。本次应急处置拟对该段路面裂缝进行热沥青灌缝封闭处置，含路面长纵缝及横缝，共计300 m。

（2）村道硬化。该段挡墙加固后，原村道宽度由7 m缩减至3.5 m，对路面进行硬化后，可满足村民基本通行需求，硬化长度约120 m，宽3.5 m。村道外侧原防撞墩按原状恢复。

5 结语

（1）通过无人机倾斜摄影技术获取坍塌现场三维实景模型，准确获得相关尺寸，杜绝二次测量，倾斜摄影耗时1 h，大大提高了外业踏勘效率。

（2）三维实景模型可获取坍塌路段任意位置断面，从而获取塌腔深度、高度、长度等重要设计参数，三维实景模型还能进行三维效果出图，增加了图纸的直观性和美观性。

（3）本项目成功实施为路肩挡墙水毁坍塌等应急工程设计提供了宝贵的经验。

参考文献：

[1]陈勇，张红.挡土墙水毁病害分析与处治[J].科学技术创新，2017（21）：186-187.

[2]刘奇凤.沿河路基挡土墙水毁危险性定量化研究[D]. 长安大学，2017.

[3]王立争.无人机倾斜摄影实景建模技术在道路选线中的应用[J].科学技术创新，2019（24）：54.

[4]相诗尧，赵杰，徐润，等.无人机倾斜摄影与BIM技术结合在市政道路设计中的应用[J].公路，2019（7）：41.

[5]潘成军.无人机倾斜摄影在道路工程中的应用与分析[J].测绘工程，2018（12）：12.