古樹(shù)和大樹(shù)支撐拉纖防護(hù)準(zhǔn)則和方法

吳貽軍 姚劍飛 吳俊 王昭成 王福利 邵卓平

摘要 古樹(shù)名木是重要的生態(tài)和旅游資源，行道樹(shù)和庭蔭樹(shù)等扮演著改善城市居住環(huán)境的重要角色，風(fēng)雪等災(zāi)害性天氣易造成枝干斷裂或樹(shù)干斷裂甚至倒伏，造成樹(shù)木損傷，亦會(huì)造成生命財(cái)產(chǎn)的損失。從樹(shù)木力學(xué)角度出發(fā)，結(jié)合樹(shù)木結(jié)構(gòu)形態(tài)，針對(duì)有危險(xiǎn)性的常見(jiàn)樹(shù)木提出安全性支撐拉纖防護(hù)準(zhǔn)則和方法，以期為古樹(shù)名木和行道樹(shù)、庭蔭樹(shù)等保護(hù)提供參考和幫助。

關(guān)鍵詞 樹(shù)木;支撐;拉纖;防護(hù)準(zhǔn)則和方法

中圖分類(lèi)號(hào) S788? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2022）10-0090-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.10.022

The Support and Hauling Protection Criterion and Method of Ancient Tree and Big Tree

WU Yi-jun，YAO Jian-fei，WU Jun et al （Huangshan Scenic Area Management Committee Garden and Forestry Bureau，Huangshan ，Anhui 245800）

Abstract Ancient and famous trees are precious ecological and tourism resource，and border tree and shade tree play an important role in improving urban living environment，while disastrous weather would cause the branch fracture or trunk fracture or lodging，what’s more，it may also threaten the safety of human life and property.In this paper，protective support and hauling criterion and method of dangerous trees were proposed by considering tree structural morphology from the angle of mechanics，which will provide reference and help for the protection of ancient and famous tree，border tree and shade tree.

Key words Tree;Support;Hauling;Protection criterion and method

基金項(xiàng)目 國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“風(fēng)力雪載下的樹(shù)木斷裂行為與強(qiáng)度診斷新技術(shù)”（31570715）。

作者簡(jiǎn)介 吳貽軍（1988—），男，安徽青陽(yáng)人，工程師，博士，從事森林資源保護(hù)、生物質(zhì)材料力學(xué)研究。通信作者，講師，博士，碩士生導(dǎo)師，從事生物質(zhì)材料斷裂力學(xué)研究。

收稿日期 2021-07-13;修回日期 2021-07-31

多數(shù)古樹(shù)具高大樹(shù)體形態(tài)，冠幅大、枝干長(zhǎng)，在經(jīng)歷長(zhǎng)期風(fēng)雨洗禮后，多數(shù)樹(shù)干均有不同程度的腐朽空洞現(xiàn)象，在大風(fēng)、大雪和凍雨等災(zāi)害性天氣下，易造成枝干斷裂或樹(shù)體斷裂倒伏，損壞樹(shù)木的形態(tài)并影響觀賞價(jià)值。高大的行道樹(shù)扮演著綠化城市道路、改善城市居住環(huán)境以及凈化空氣等重要的角色，隨著城市的發(fā)展，城市道路的擴(kuò)建以及各種風(fēng)雪災(zāi)害的發(fā)生，也經(jīng)常發(fā)生樹(shù)木斷裂倒伏或者主枝干的斷裂等砸到行人、汽車(chē)等，造成人們生命財(cái)產(chǎn)的損失。

全球氣候變化模型的預(yù)測(cè)表明，各種類(lèi)型風(fēng)/雪災(zāi)害的發(fā)生頻率和強(qiáng)度正呈增加趨勢(shì)[1-2]，且區(qū)域性的強(qiáng)對(duì)流天氣也時(shí)常發(fā)生，這無(wú)疑加大了古樹(shù)名木及行道樹(shù)、庭蔭樹(shù)和景觀樹(shù)斷裂倒伏的可能性。因而，對(duì)于安全隱患系數(shù)高的古樹(shù)名木以及行道樹(shù)等，如何采取科學(xué)有效、簡(jiǎn)便快捷的安全性支撐拉纖措施成為從業(yè)人員們迫切希望解決的問(wèn)題。

國(guó)外園林管理者對(duì)具有潛在危險(xiǎn)性的老樹(shù)、行道樹(shù)采取修枝、支撐或者鋸切移除等措施來(lái)降低危險(xiǎn)性，或采取在樹(shù)干、枝干上鉆孔固定鋼繩等[3]保護(hù)措施，但是這些具有損傷性的防護(hù)措施并不適用于我國(guó)古樹(shù)名木。我國(guó)樹(shù)木防護(hù)措施研究主要偏重于對(duì)培育樹(shù)苗或者移植樹(shù)木的臨時(shí)養(yǎng)護(hù)支撐，而對(duì)于已經(jīng)成型的行道樹(shù)、庭蔭樹(shù)等的防護(hù)措施則較少關(guān)注，多數(shù)是在樹(shù)木遭到破壞后直接移除。隨著生態(tài)文明思想的深入貫徹，相關(guān)的古樹(shù)名木以及大樹(shù)支撐研究也逐漸增多，支撐方法多集中于剛性支撐[4-7]，即采用鋼管或鋼筋籠澆灌水泥等制作的仿生支撐柱，同時(shí)，部分學(xué)者也提出彈性支撐[8]和活體支撐方法[9]，而關(guān)于拉纖保護(hù)方法研究則相對(duì)較少。筆者從樹(shù)木力學(xué)角度出發(fā)，結(jié)合樹(shù)木結(jié)構(gòu)形態(tài)，對(duì)有危險(xiǎn)性的常見(jiàn)樹(shù)木提出支撐拉纖防護(hù)方法和準(zhǔn)則，以期為我國(guó)古樹(shù)名木和行道樹(shù)、庭蔭樹(shù)等保護(hù)提供參考和幫助。

1 支撐防護(hù)體系的準(zhǔn)則

對(duì)于擁有眾多古樹(shù)名木的景區(qū)和數(shù)量龐大的城市行道樹(shù)、庭蔭樹(shù)的城市園林部門(mén)，受財(cái)力、物力和人力的限制，不可能對(duì)每株樹(shù)木進(jìn)行安全檢查和防護(hù)，因而須根據(jù)樹(shù)木的重要性和可能構(gòu)成威脅程度的不同來(lái)劃分等級(jí)，進(jìn)行分級(jí)管理。對(duì)于古樹(shù)名木，可按樹(shù)齡和重要性分級(jí)原則進(jìn)行選擇，對(duì)于行道樹(shù)等其他樹(shù)木，可按安全性分級(jí)進(jìn)行管理，分級(jí)依據(jù)包括：①樹(shù)木斷裂倒伏的可能性;②樹(shù)木斷裂倒伏危及人、物、交通的可能性;③可能造成的損害程度和價(jià)值等。

對(duì)于古樹(shù)名木而言，樹(shù)木防護(hù)體系的目的是防止風(fēng)雪災(zāi)害下樹(shù)木斷裂倒伏，確保其安全性，同時(shí)不妨礙樹(shù)木自身適應(yīng)環(huán)境，增強(qiáng)自我抵抗力也是樹(shù)木支撐保護(hù)的一個(gè)重要方面。因樹(shù)木是一種生命體，具有自適應(yīng)、自我平衡的能力，當(dāng)立木受到風(fēng)力雪載作用時(shí)，其枝、干原先的平衡遭到破壞，附加的應(yīng)力或促使形成層活動(dòng)，使樹(shù)體在高應(yīng)力部位增粗增強(qiáng);或抑制生長(zhǎng)，以維持樹(shù)體機(jī)械結(jié)構(gòu)的合理性。如果選用剛性的固定支撐桿，樹(shù)木會(huì)將撐桿當(dāng)作其樹(shù)體結(jié)構(gòu)的一部分，并依賴(lài)撐桿向外生長(zhǎng)。由于長(zhǎng)期受到固定約束，樹(shù)木不能在中小風(fēng)中自由搖擺，不利于樹(shù)木自適應(yīng)生長(zhǎng)和自我增強(qiáng)，一旦移去固定支撐，樹(shù)體易失衡，因此，應(yīng)選用有彈性的支撐拉纖方式。此外，支撐體系應(yīng)在風(fēng)雪災(zāi)害前快速安裝，災(zāi)害后快速移除，不影響古樹(shù)景觀形態(tài)、不妨礙游客觀光留念的效果。

對(duì)于有安全隱患的行道樹(shù)、庭蔭樹(shù)等，在不采取移除樹(shù)木和大規(guī)模修剪的措施下，確保其不會(huì)在風(fēng)雪災(zāi)害下遭到破壞，以不造成人民生命和財(cái)產(chǎn)損失為首要目的。對(duì)于行道樹(shù)可采取一些微損或者輕損的支撐防護(hù)措施，如鉆孔拉纖方式。同時(shí)因財(cái)力和人力的限制，建議安裝永久支撐防護(hù)體系，并建立定期的巡查制度（夏冬季各1次或者根據(jù)天氣情況而定）。

2 支撐拉纖的具體措施

樹(shù)木的拉纖支撐防護(hù)，包括繩索拉纖和剛性、彈性支撐及其組合等。對(duì)于較高樹(shù)木的主枝干構(gòu)成的樹(shù)冠部分，可采取繩索拉纖方法;對(duì)于一般高度處構(gòu)成的樹(shù)冠主枝干，可根據(jù)情況采取剛性與彈性相結(jié)合的支撐桿支撐;對(duì)于破壞危險(xiǎn)性較高的一些腐朽空洞樹(shù)木，可采取相應(yīng)的套圈包箍法[10]或采取與環(huán)境相融合的支撐與拉纖相結(jié)合的方案。

2.1 支撐體系

當(dāng)樹(shù)木大枝（一級(jí)或二級(jí)分支）呈水平延伸、過(guò)長(zhǎng)，前端枝葉過(guò)多、下垂，枝干木質(zhì)部紋理扭曲、腐朽等，側(cè)枝基部與樹(shù)干或主枝連接處腐朽、連接脆弱，則需要采取支撐。

支撐點(diǎn)的選擇將決定著支撐效果，因此如何正確地選擇支撐點(diǎn)是支撐體系首要解決的問(wèn)題。

（1）對(duì)于枝干是獨(dú)枝獨(dú)冠的情況，支撐點(diǎn)選擇在枝干長(zhǎng)2/3處最佳（圖1）。

（2）對(duì)于枝干前段具有明顯的分叉枝干，避免將支撐點(diǎn)置于分叉處，可以分別對(duì)分叉的幾個(gè)枝干采取支撐，且支撐點(diǎn)應(yīng)該選擇在樹(shù)冠中心偏內(nèi)處（圖2），也可以根據(jù)實(shí)際情況采取T型或者π型的支撐桿件防護(hù)體系（圖3）。

另一方面，支撐角度也是支撐的重要內(nèi)容，當(dāng)支撐角度在樹(shù)干重力線和位移線之間時(shí)，支撐角度最佳（圖4），當(dāng)然也需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際地貌地型合理選擇支撐角度。

上述所采用的支撐桿是一種彈性支撐桿[11-12]，這些部件安裝拆卸簡(jiǎn)便，可以依據(jù)所撐樹(shù)枝的粗細(xì)或承重選擇和更換不同規(guī)格的彈簧，并且撐頭與支撐桿為鉸鏈聯(lián)結(jié)，使撐頭可以適應(yīng)不同傾斜角度的樹(shù)枝。此外，設(shè)計(jì)的彈性支撐桿相比較鋼鐵支撐桿更加輕便。這樣可使樹(shù)木在小風(fēng)小雪中自由擺動(dòng)、在大風(fēng)大雪中有限擺動(dòng)，既讓樹(shù)木常受應(yīng)力刺激而產(chǎn)生自適應(yīng)和自增強(qiáng)行為，又確保樹(shù)木在惡劣氣候下不會(huì)因變形過(guò)大而遭受破壞。

2.2 拉纖體系

風(fēng)載荷作用下，枝干前后左右搖擺，枝干通過(guò)空氣阻力和自身的阻尼消耗風(fēng)能，以削弱風(fēng)對(duì)其造成的破壞影響，這是樹(shù)木擺脫危險(xiǎn)的一種動(dòng)態(tài)應(yīng)急措施。因此，在對(duì)有安全隱患的樹(shù)木進(jìn)行拉纖時(shí)，不應(yīng)采取剛性的拉纖措施固定枝干，使其避免小幅擺動(dòng)，而是需要采取動(dòng)態(tài)的拉纖方案，使枝干有一定的擺幅，能夠使枝干以自身的動(dòng)態(tài)響應(yīng)措施耗散一部分風(fēng)能，同時(shí)，又可以通過(guò)拉纖的約束和限制，避免枝干在風(fēng)載荷下產(chǎn)生大幅度的位移造成斷裂破壞;冰雪載荷對(duì)于樹(shù)木而言是一種靜態(tài)的載荷，會(huì)造成枝干大幅下垂，因而，亦可通過(guò)拉纖限制其大幅度下垂位移，進(jìn)而保護(hù)枝干。

基于上述樹(shù)冠拉纖理念并結(jié)合相關(guān)知識(shí)，對(duì)于一些主干不明顯，呈共顯性枝干形態(tài)的樹(shù)木，其拉纖應(yīng)該遵循以下原則：

（1）拉纖點(diǎn)因選擇在距離分叉處向上2/3樹(shù)枝高度處（圖5），使拉纖繩索可以以較小的張力承受較大的枝干之間向外的張力作用。

（2）較直立枝干與較平枝干之間的拉纖繩索應(yīng)該有一定的張角（圖6），可防止小張角下拉纖不起作用。

（3）兩兩枝干間采用1根繩索拉纖，避免采用1根繩索拉纖貫穿3個(gè)及以上的枝干。

（4）多個(gè)枝干之間繩索的拉纖采用三角式連接（圖7a），避免單線條式連接，對(duì)于多個(gè)偏干，則相互連接成三角或組成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)連接方式（圖7b、圖7c）。

（5）對(duì)于具有水平延伸生長(zhǎng)的枝干，采取拉纖時(shí)，應(yīng)整體拉纖，避免單個(gè)拉纖（圖8）。

（6）拉纖應(yīng)總體呈一系，避免單獨(dú)的片面體系（圖9）。

繩索與枝干接觸處應(yīng)選用軟性橡膠墊或其他如鬃毛等彈性材料，防止錯(cuò)動(dòng)造成干皮的摩擦損傷;此外，拉纖繩索之間有一定的張緊性，繩索之間可適當(dāng)加入彈性限位器，起到減震吸震作用。

2.3 支撐拉纖實(shí)施案例

2.3.1 黑虎松。

黑虎松位于黃山風(fēng)景區(qū)海拔1 620 m始信峰峰腳，列入世界遺產(chǎn)名錄，樹(shù)高9.1 m，胸圍225 cm，冠幅14.4 m×14.2 m。樹(shù)體部分一、二級(jí)枝干水平延伸過(guò)長(zhǎng)，部分枝干前段具有明顯的分叉枝干，為防止冬末春初冰雪災(zāi)害性天氣下枝干斷裂損傷，對(duì)水平延伸過(guò)長(zhǎng)的一、二級(jí)獨(dú)枝獨(dú)冠枝干在枝干長(zhǎng)2/3處采用“U型”彈性支撐桿支撐，對(duì)枝干前段具有明顯的分叉枝干采用“T型”彈性支撐桿進(jìn)行防護(hù)（圖10）。

2.3.2 松谷庵木蓮。

松谷庵木蓮位于黃山風(fēng)景區(qū)海拔600 m的芙松區(qū)松谷庵大門(mén)側(cè)，列入世界遺產(chǎn)名錄，樹(shù)高15.8 m，胸圍265 cm，冠幅13.8 m×13.9 m。樹(shù)一級(jí)枝干呈共顯性形態(tài)，通過(guò)德國(guó)Rinntech公司產(chǎn)的ARBOTOM應(yīng)力波樹(shù)木斷層掃描儀對(duì)共顯性枝干進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)有3個(gè)枝干內(nèi)部存在腐朽空洞，為確保其在風(fēng)雪災(zāi)害下的安全，對(duì)上述3個(gè)枝干兩兩之間采用8#304不銹鋼鋼絲繩進(jìn)行固定拉纖，整體呈現(xiàn)為水平的三角拉纖形式，拉纖高度約在枝干分叉高度2/3處，同時(shí)，與樹(shù)干接觸處鋼絲繩穿有軟性橡膠管，防止摩擦樹(shù)皮（圖11）。

3 討論

在各種類(lèi)型風(fēng)/雪災(zāi)害的發(fā)生頻率和強(qiáng)度呈現(xiàn)增加趨勢(shì)的背景下，古樹(shù)名木及樹(shù)形高大的行道樹(shù)、庭蔭樹(shù)在風(fēng)雪災(zāi)害下發(fā)生斷裂倒伏破壞事件越來(lái)越多。該研究從樹(shù)木力學(xué)角度出發(fā)，結(jié)合樹(shù)木結(jié)構(gòu)形態(tài)，從支撐點(diǎn)、支撐角度、支撐形式、支撐器具選擇及拉纖點(diǎn)、拉纖角度、拉纖形式選擇等方面總結(jié)闡述了相應(yīng)的支撐、拉纖防護(hù)準(zhǔn)則和方法，并成功應(yīng)用于黃山風(fēng)景區(qū)的古樹(shù)名木保護(hù)中，確保了樹(shù)體在風(fēng)雪災(zāi)害性天氣的安全。該研究提出的支撐、拉纖防護(hù)準(zhǔn)則和方法與前人相比更加具體、系統(tǒng)，如駱會(huì)欣等[5-6]僅介紹了古樹(shù)的支撐形式，劉蕓[13]闡述了樹(shù)木保護(hù)的固定方法，張卉等[14]調(diào)查了天堂公園古樹(shù)名木的支撐應(yīng)用情況并分析了支撐角度對(duì)支撐效果的影響。實(shí)際生活中，部分古樹(shù)名木樹(shù)體奇特且生長(zhǎng)地理環(huán)境多樣，該研究提出的支撐拉纖準(zhǔn)則和方法不一定適用，需要因地制宜地進(jìn)行調(diào)整。

4 結(jié)語(yǔ)

該研究從樹(shù)木力學(xué)角度出發(fā)，結(jié)合樹(shù)木結(jié)構(gòu)形態(tài)，從支撐點(diǎn)、支撐角度、支撐形式、支撐器具選擇及拉纖點(diǎn)、拉纖角度、拉纖形式選擇等方面，針對(duì)常見(jiàn)的具有危險(xiǎn)性的樹(shù)木提出安全性支撐拉纖防護(hù)準(zhǔn)則和方法，以期為古樹(shù)名木和行道樹(shù)、庭蔭樹(shù)等保護(hù)提供一定的參考和幫助。

支撐拉纖作為古樹(shù)名木保護(hù)的重要措施之一，有時(shí)會(huì)因其突兀的結(jié)構(gòu)形式影響古樹(shù)名木觀瞻，下一步需針對(duì)真實(shí)風(fēng)

雪載荷下的古樹(shù)名木強(qiáng)度進(jìn)行分析，進(jìn)而提出支撐拉纖是否需要介入以及確定最佳介入時(shí)機(jī)，并將藝術(shù)支撐拉纖融入古樹(shù)名木管理中，同時(shí)，還需就支撐拉纖新材料、防腐耐久性能等展開(kāi)深入研究。

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