古樹和大樹支撐拉纖防護準則和方法

吳貽軍 姚劍飛 吳俊 王昭成 王福利 邵卓平

摘要 古樹名木是重要的生態和旅游資源，行道樹和庭蔭樹等扮演著改善城市居住環境的重要角色，風雪等災害性天氣易造成枝干斷裂或樹干斷裂甚至倒伏，造成樹木損傷，亦會造成生命財產的損失。從樹木力學角度出發，結合樹木結構形態，針對有危險性的常見樹木提出安全性支撐拉纖防護準則和方法，以期為古樹名木和行道樹、庭蔭樹等保護提供參考和幫助。

關鍵詞 樹木;支撐;拉纖;防護準則和方法

中圖分類號 S788? 文獻標識碼 A

文章編號 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

基金項目 國家自然科學基金面上項目“風力雪載下的樹木斷裂行為與強度診斷新技術”（31570715）。

作者簡介 吳貽軍（1988—），男，安徽青陽人，工程師，博士，從事森林資源保護、生物質材料力學研究。通信作者，講師，博士，碩士生導師，從事生物質材料斷裂力學研究。

收稿日期 2021-07-13;修回日期 2021-07-31

多數古樹具高大樹體形態，冠幅大、枝干長，在經歷長期風雨洗禮后，多數樹干均有不同程度的腐朽空洞現象，在大風、大雪和凍雨等災害性天氣下，易造成枝干斷裂或樹體斷裂倒伏，損壞樹木的形態并影響觀賞價值。高大的行道樹扮演著綠化城市道路、改善城市居住環境以及凈化空氣等重要的角色，隨著城市的發展，城市道路的擴建以及各種風雪災害的發生，也經常發生樹木斷裂倒伏或者主枝干的斷裂等砸到行人、汽車等，造成人們生命財產的損失。

全球氣候變化模型的預測表明，各種類型風/雪災害的發生頻率和強度正呈增加趨勢[1-2]，且區域性的強對流天氣也時常發生，這無疑加大了古樹名木及行道樹、庭蔭樹和景觀樹斷裂倒伏的可能性。因而，對于安全隱患系數高的古樹名木以及行道樹等，如何采取科學有效、簡便快捷的安全性支撐拉纖措施成為從業人員們迫切希望解決的問題。

國外園林管理者對具有潛在危險性的老樹、行道樹采取修枝、支撐或者鋸切移除等措施來降低危險性，或采取在樹干、枝干上鉆孔固定鋼繩等[3]保護措施，但是這些具有損傷性的防護措施并不適用于我國古樹名木。我國樹木防護措施研究主要偏重于對培育樹苗或者移植樹木的臨時養護支撐，而對于已經成型的行道樹、庭蔭樹等的防護措施則較少關注，多數是在樹木遭到破壞后直接移除。隨著生態文明思想的深入貫徹，相關的古樹名木以及大樹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，部分學者也提出彈性支撐[8]和活體支撐方法[9]，而關于拉纖保護方法研究則相對較少。筆者從樹木力學角度出發，結合樹木結構形態，對有危險性的常見樹木提出支撐拉纖防護方法和準則，以期為我國古樹名木和行道樹、庭蔭樹等保護提供參考和幫助。

1 支撐防護體系的準則

對于擁有眾多古樹名木的景區和數量龐大的城市行道樹、庭蔭樹的城市園林部門，受財力、物力和人力的限制，不可能對每株樹木進行安全檢查和防護，因而須根據樹木的重要性和可能構成威脅程度的不同來劃分等級，進行分級管理。對于古樹名木，可按樹齡和重要性分級原則進行選擇，對于行道樹等其他樹木，可按安全性分級進行管理，分級依據包括：①樹木斷裂倒伏的可能性;②樹木斷裂倒伏危及人、物、交通的可能性;③可能造成的損害程度和價值等。

對于古樹名木而言，樹木防護體系的目的是防止風雪災害下樹木斷裂倒伏，確保其安全性，同時不妨礙樹木自身適應環境，增強自我抵抗力也是樹木支撐保護的一個重要方面。因樹木是一種生命體，具有自適應、自我平衡的能力，當立木受到風力雪載作用時，其枝、干原先的平衡遭到破壞，附加的應力或促使形成層活動，使樹體在高應力部位增粗增強;或抑制生長，以維持樹體機械結構的合理性。如果選用剛性的固定支撐桿，樹木會將撐桿當作其樹體結構的一部分，并依賴撐桿向外生長。由于長期受到固定約束，樹木不能在中小風中自由搖擺，不利于樹木自適應生長和自我增強，一旦移去固定支撐，樹體易失衡，因此，應選用有彈性的支撐拉纖方式。此外，支撐體系應在風雪災害前快速安裝，災害后快速移除，不影響古樹景觀形態、不妨礙游客觀光留念的效果。

對于有安全隱患的行道樹、庭蔭樹等，在不采取移除樹木和大規模修剪的措施下，確保其不會在風雪災害下遭到破壞，以不造成人民生命和財產損失為首要目的。對于行道樹可采取一些微損或者輕損的支撐防護措施，如鉆孔拉纖方式。同時因財力和人力的限制，建議安裝永久支撐防護體系，并建立定期的巡查制度（夏冬季各1次或者根據天氣情況而定）。

2 支撐拉纖的具體措施

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

2.1 支撐體系

當樹木大枝（一級或二級分支）呈水平延伸、過長，前端枝葉過多、下垂，枝干木質部紋理扭曲、腐朽等，側枝基部與樹干或主枝連接處腐朽、連接脆弱，則需要采取支撐。

支撐點的選擇將決定著支撐效果，因此如何正確地選擇支撐點是支撐體系首要解決的問題。

（1）對于枝干是獨枝獨冠的情況，支撐點選擇在枝干長2/3處最佳（圖1）。

（2）對于枝干前段具有明顯的分叉枝干，避免將支撐點置于分叉處，可以分別對分叉的幾個枝干采取支撐，且支撐點應該選擇在樹冠中心偏內處（圖2），也可以根據實際情況采取T型或者π型的支撐桿件防護體系（圖3）。

另一方面，支撐角度也是支撐的重要內容，當支撐角度在樹干重力線和位移線之間時，支撐角度最佳（圖4），當然也需要根據當地的實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便，可以依據所撐樹枝的粗細或承重選擇和更換不同規格的彈簧，并且撐頭與支撐桿為鉸鏈聯結，使撐頭可以適應不同傾斜角度的樹枝。此外，設計的彈性支撐桿相比較鋼鐵支撐桿更加輕便。這樣可使樹木在小風小雪中自由擺動、在大風大雪中有限擺動，既讓樹木常受應力刺激而產生自適應和自增強行為，又確保樹木在惡劣氣候下不會因變形過大而遭受破壞。

2.2 拉纖體系

風載荷作用下，枝干前后左右搖擺，枝干通過空氣阻力和自身的阻尼消耗風能，以削弱風對其造成的破壞影響，這是樹木擺脫危險的一種動態應急措施。因此，在對有安全隱患的樹木進行拉纖時，不應采取剛性的拉纖措施固定枝干，使其避免小幅擺動，而是需要采取動態的拉纖方案，使枝干有一定的擺幅，能夠使枝干以自身的動態響應措施耗散一部分風能，同時，又可以通過拉纖的約束和限制，避免枝干在風載荷下產生大幅度的位移造成斷裂破壞;冰雪載荷對于樹木而言是一種靜態的載荷，會造成枝干大幅下垂，因而，亦可通過拉纖限制其大幅度下垂位移，進而保護枝干。

基于上述樹冠拉纖理念并結合相關知識，對于一些主干不明顯，呈共顯性枝干形態的樹木，其拉纖應該遵循以下原則：

（1）拉纖點因選擇在距離分叉處向上2/3樹枝高度處（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個及以上的枝干。

（4）多個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，對于多個偏干，則相互連接成三角或組成網狀結構連接方式（圖7b、圖7c）。

（5）對于具有水平延伸生長的枝干，采取拉纖時，應整體拉纖，避免單個拉纖（圖8）。

（6）拉纖應總體呈一系，避免單獨的片面體系（圖9）。

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

2.3 支撐拉纖實施案例

2.3.1 黑虎松。

黑虎松位于黃山風景區海拔1 620 m始信峰峰腳，列入世界遺產名錄，樹高9.1 m，胸圍225 cm，冠幅14.4 m×14.2 m。樹體部分一、二級枝干水平延伸過長，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害性天氣下枝干斷裂損傷，對水平延伸過長的一、二級獨枝獨冠枝干在枝干長2/3處采用“U型”彈性支撐桿支撐，對枝干前段具有明顯的分叉枝干采用“T型”彈性支撐桿進行防護（圖10）。

2.3.2 松谷庵木蓮。

松谷庵木蓮位于黃山風景區海拔600 m的芙松區松谷庵大門側，列入世界遺產名錄，樹高15.8 m，胸圍265 cm，冠幅13.8 m×13.9 m。樹一級枝干呈共顯性形態，通過德國Rinntech公司產的ARBOTOM應力波樹木斷層掃描儀對共顯性枝干進行檢測，發現有3個枝干內部存在腐朽空洞，為確保其在風雪災害下的安全，對上述3個枝干兩兩之間采用8#304不銹鋼鋼絲繩進行固定拉纖，整體呈現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，與樹干接觸處鋼絲繩穿有軟性橡膠管，防止摩擦樹皮（圖11）。

3 討論

在各種類型風/雪災害的發生頻率和強度呈現增加趨勢的背景下，古樹名木及樹形高大的行道樹、庭蔭樹在風雪災害下發生斷裂倒伏破壞事件越來越多。該研究從樹木力學角度出發，結合樹木結構形態，從支撐點、支撐角度、支撐形式、支撐器具選擇及拉纖點、拉纖角度、拉纖形式選擇等方面總結闡述了相應的支撐、拉纖防護準則和方法，并成功應用于黃山風景區的古樹名木保護中，確保了樹體在風雪災害性天氣的安全。該研究提出的支撐、拉纖防護準則和方法與前人相比更加具體、系統，如駱會欣等[5-6]僅介紹了古樹的支撐形式，劉蕓[13]闡述了樹木保護的固定方法，張卉等[14]調查了天堂公園古樹名木的支撐應用情況并分析了支撐角度對支撐效果的影響。實際生活中，部分古樹名木樹體奇特且生長地理環境多樣，該研究提出的支撐拉纖準則和方法不一定適用，需要因地制宜地進行調整。

4 結語

該研究從樹木力學角度出發，結合樹木結構形態，從支撐點、支撐角度、支撐形式、支撐器具選擇及拉纖點、拉纖角度、拉纖形式選擇等方面，針對常見的具有危險性的樹木提出安全性支撐拉纖防護準則和方法，以期為古樹名木和行道樹、庭蔭樹等保護提供一定的參考和幫助。

支撐拉纖作為古樹名木保護的重要措施之一，有時會因其突兀的結構形式影響古樹名木觀瞻，下一步需針對真實風

雪載荷下的古樹名木強度進行分析，進而提出支撐拉纖是否需要介入以及確定最佳介入時機，并將藝術支撐拉纖融入古樹名木管理中，同時，還需就支撐拉纖新材料、防腐耐久性能等展開深入研究。

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