攀援藤用于城市混凝土桥梁绿化的可行性研究

董 鑫，郑柳青，严佳玉，吴文清

(东南大学交通学院，南京 211189)

垂直绿化可以彰显城市形象与内涵，焕发城市活力，攀援藤绿化即是一种经济美观的垂直绿化方式。近年来，南京市虽然总体绿化指标居于国内城市前列，但是主城区绿地率相对偏低，小型绿地斑块面积只占南京主城绿化总面积的5.71%[1]。为提高城区绿化率，应考虑将园林中的垂直绿化应用于市区绿化改造。发展垂直绿化的主要材料为攀援藤，其中，以爬山虎最为典型。用攀援藤绿化美观建筑物墙体的示例很多；部分绿化公司也已经尝试将这种绿化应用于桥梁墩柱，称为垂直绿化。目前，攀援藤用于建筑物外观墙面的绿化种植对于结构本身耐久性的影响尚缺乏充分的研究，同时，对于如何处理实际使用过程中遇到的问题也缺乏应有的理论依据。如南京盐仓桥广场高架桥由于养护不当造成悬挂藤条过长而干扰到驾驶员的行车视线；南京应天高架桥墩表面攀援藤过于茂盛而干扰到对墩柱裂缝的观测。

因此，攀援藤应用于城区桥梁的垂直绿化，在兼顾经济与美观性能的同时，还应比园林绿化额外考虑两个方面的问题：一是攀援类植物是否会影响建筑物的力学性能；二是攀援类植物能否满足建筑物对视觉环境的要求。

为探究将攀援藤绿化应用于桥梁垂直绿化的可行性，本文使用回弹仪法、模拟分析法研究攀援藤的吸盘分泌物对桥墩力学性能的影响；同时，从使用性角度分析藤本绿化能否满足桥梁对视觉环境的要求，从而提出有效的城市混凝土桥梁攀援藤垂直绿化方案。

1 对桥梁墩柱保护层的力学性能影响分析

相关研究表明[2]，攀援藤适宜在酸性环境下生长，因此，攀援藤吸盘会分泌酸性多糖液体，为其生长创造一个弱酸性的环境，这种长期的弱酸性环境可能会对混凝土表面造成腐蚀破环，从而影响混凝土保护层的力学性能及其耐久性。为探究攀援藤对其附着墙体耐久性能的影响，本文分别采用传统的回弹仪测试法、实验室模拟腐蚀试验等方法进行多角度分析。

1.1 回弹仪测试法

1.1.1 实验过程

为了检测现有被攀援藤附着的桥墩墩柱保护层是否已经受到其酸性腐蚀的影响，需要采用无损检测技术测量桥墩表面的抗压强度。

本文选取了南京地区4座典型桥梁，进行墩柱混凝土强度的回弹测试。测量回弹值时，选取桥墩四周侧面为受测面，回弹仪的轴线始终垂直于混凝土检测面，并缓慢施压、准确读数、快速复位。每一测区读取16个回弹值，每一测点的回弹值读数应精确至1。计算测区平均回弹值时，从该测区的16个回弹值中剔除3个最大值和3个最小值，其余的10个回弹值取平均数作为测区平均回弹值，结果如表1所示。

1.1.2 试验结果与分析

使用概率与统计理论对实验结果进行分析：首先，使用“无附着”的一组样本估计总体回弹均值，总体回弹均值应当取标准值=平均值-1.65均方差，即按照95%的保证率来计算。

表1 桥梁墩柱回弹测试数据

假设H0：“有附着桥墩面”强度不小于“无附着桥墩面强度”，即攀援藤附着不会对桥墩面本身强度产生减弱的影响。

H1:“有附着桥墩面”强度小于“无附着桥墩面强度”，即攀援藤附着会对桥墩面本身强度产生减弱的影响。

然后，根据上述总体均值对“有附着”的一组样本值进行t假设检验(用t分布理论来推导差异发生的概率)，判断是否有95%的可信度支持假设H0。结合文献[3]相关研究成果可知，当t<-1.833 1时，才落在假设的拒绝域H1；而从最后一行t值可以看出，四组数据均满足t>-1.833 1，证明在出现第一类错误的概率不超过5%的前提下接受假设H0。

1.1.3 试验结论

基于实验数据，可以得知“有附着桥墩面”的强度不小于“无附着桥墩面”的强度，即攀援藤附着不会对桥墩面本身强度产生减弱的影响。

1.2 实验室模拟腐蚀分析

真实情况下，植物的酸性分泌液对墩柱表层混凝土的腐蚀进程是缓慢的。为探究交通建筑物在设计使用期限内的强度损失，研究采取模拟加速腐蚀实验。通过腐蚀深度建立模拟腐蚀液pH值、腐蚀时间段与实际分泌物pH值、实际腐蚀时间段之间的转化联系，从而由实验结果分析实际的腐蚀发展规律。

1.2.1 试验过程

为模拟酸腐蚀桥墩表面混凝土并使其强度下降的过程，考虑到混凝土的适用性和代表性，选用城市公路桥桥墩常用的C30混凝土为研究对象，其配合比为：水泥∶水∶砂∶石=1∶0.4∶2.5∶3，试块内配置R235光圆钢筋，如图1所示。按照标准抗压强度试验要求，采用150 mm×150 mm×150 mm的试件规格，制作27个试块。试件制备成型后在标准养护室养护28天。

实验中配置pH=2的硫酸溶液作为酸性腐蚀环境，将试块腐蚀分为1个对照组与8个实验组，其中各组试块个数为3块，分别腐蚀0、5、10、15、20、25、30、35、40天。腐蚀完成后，待表面干燥，对试块进行标准抗压强度试验，测定腐蚀后抗压强度。

(a) 1-1截面正视剖面

(b) 2-2截面俯视剖面

(c) 3-3截面正视剖面

图1腐蚀用混凝土试件设计(单位：mm)

1.2.2 试验结果与分析

按照标准抗压强度试验规定，每组3块试块的抗压强度取平均值作为代表值，抗压强度实验结果如图2所示。经过pH=2的硫酸腐蚀后，侵蚀初期阶段生成的钙矾石或石膏晶体起到了填充混凝土内部孔隙的作用，使得混凝土抗压强度随时间先略上升，而后下降，但总体抗压强度值仍高于初始强度值,且抗压强度变化的幅值并未超过试块初始抗压强度的20%，说明酸腐蚀对其影响较小。酸性环境下混凝土强度变化规律的时变方程常用一元二次方程来表征，最终强度应随时间变化而减小。[4]

图2 标准试件抗压强度与腐蚀时间的关系曲线

二次多项式拟合数据可得混凝土试块抗压强度P(MPa)为：

P=44.23+0.335 3t-0.006 837t2

(1)

其相关系数为：

Adjusted R-square=0.600 9

(2)

该曲线图可对不同腐蚀时间下标准试件的抗压强度进行预测。

由此可知，在桥梁设计的100年使用年限内，混凝土可以承受pH在5.4～6.2之间(远大于3.26)的攀援藤吸盘分泌物的腐蚀。

以上两种方法的研究结果均可以证明：在结构的设计使用年限内，将攀援藤应用于城区桥梁的垂直绿化不会影响交通建筑物的力学性能。

2 对桥梁视觉环境的影响分析

在园林中，绿化的原则是“目的性、适应性和经济性”，而将垂直绿化应用于城市交通建筑，则应额外考虑其“安全性”。一切交通活动都发生在人、车、路及其环境这一系统中。驾驶员在行车过程中，总会有意或无意地根据路边的环境信息判断随后发生的行车动作。不合理的行车环境会干扰驾驶员的注意力，对行车安全构成威胁，因此，桥梁的垂直绿化应当考虑其对视觉环境造成的影响。

2.1 遮挡交通标识

由于园林部门对道路桥梁绿化养护和管理不到位，城市绿化遮挡交通标识的现象在我国道路行车环境中普遍存在，城市立交、高架桥和人行天桥的攀援藤生长过旺，枝条下垂会遮挡桥下的限高标识，造成安全隐患。如福州浦上大桥的爬山虎垂落很低(如图3所示)，以至于遮挡住了 “4 m”的限高标识，一旦出现超高货车撞击桥梁的现象，后果不堪设想。因此，园林部门应对桥梁上的攀援藤绿化进行定期检查，建立桥梁攀援藤绿化生长状况档案，以便及时修剪。

图3 福州浦上大桥的爬山虎

2.2 影响桥下净空、遮挡视线

攀援藤生长过旺而未及时修剪时，过长的枝条还会侵占桥下道路净空，遮挡驾驶员视线。所谓道路净空，是指为保障各种车辆的正常通行，路面上一定高度和范围内不允许有任何障碍物侵入的空间界限。桥梁设计规范对桥梁下穿道路的净空均有要求。一般小车驾驶员的视线高度约为100～120 mm，货车驾驶员的视线高度约为180～200 mm[7]，如果桥底有下垂藤条，驾驶员的视线盲区范围会扩大，对行车安全极为不利。

2.3 搭配不当造成视觉污染

根据人体生理学知识，过于复杂花哨的绿化(如图4所示)会分散驾驶员的注意力[8]，降低其对路面信息的判别能力，从而带来交通事故隐患。因此，在攀援藤绿化的设计风格上应该尽可能简单明了，采用统一的色彩和造型，不仅有利于行车安全，而且可以形成整体大气的视感。

图4 过于花哨的桥墩绿化

3 攀援藤绿化措施建议

攀援藤绿化与其他绿化形式相比，适应性更强，种植与管理更经济，是一种性价比较高的垂直绿化方式。根据本文研究结果，无需考虑攀援藤吸盘产生的酸性物质对墩柱保护层的不利影响，而应重点关注攀援藤对桥梁周围的视觉环境带来的不利影响。因不同桥型对桥梁视觉效果的要求不同，故考虑攀援藤绿化方案时也应当根据桥型予以区分，以下按照桥型分类给出几点建议：

(1) 立交桥：攀援藤绿化应当采用统一色彩和造型，避免选用叶片过大、生长过快的品种，以免干扰驾驶员视线。

(2) 人行天桥：该类桥梁是慢行系统的重要组成部分，使用者是行人，其绿化主要布置在护栏两侧，应选色彩搭配和谐的植物组合，缠绕藤比攀援藤更利于布设与养护。

(3) 高架桥：该类桥梁负担着较大的交通量，绿化主要布设于立柱和桥阴部分。应选取适应性强、抗污染并耐阴的藤类植物。因该桥型对观赏性要求较低，故可以使用缠绕类或攀援类直接种植的办法，并实施满布的方案。需要注意的是，应当及时修剪以防影响对梁下裂缝的观测。

4 结语

(1) 通过对力学性能的分析可知，攀援植物对桥梁墩柱的表层混凝土强度特性和材料的耐久性基本没有影响，在桥墩上进行绿化是可行的。

(2) 城市立交、高架桥和人行天桥的攀援藤生长过旺，枝条下垂会遮挡桥下的限高标识，易造成安全隐患，绿化养护中需要特别注意。

(3) 应从环境对驾驶员的视觉影响角度来考虑城市交通土建的垂直绿化设计。