古树和大树支撑拉纤防护准则和方法

吴贻军 姚剑飞 吴俊 王昭成 王福利 邵卓平

摘要 古树名木是重要的生态和旅游资源，行道树和庭荫树等扮演着改善城市居住环境的重要角色，风雪等灾害性天气易造成枝干断裂或树干断裂甚至倒伏，造成树木损伤，亦会造成生命财产的损失。从树木力学角度出发，结合树木结构形态，针对有危险性的常见树木提出安全性支撑拉纤防护准则和方法，以期为古树名木和行道树、庭荫树等保护提供参考和帮助。

关键词 树木;支撑;拉纤;防护准则和方法

中图分类号 S788  文献标识码 A

文章编号 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 国家自然科学基金面上项目“风力雪载下的树木断裂行为与强度诊断新技术”（31570715）。

作者简介 吴贻军（1988—），男，安徽青阳人，工程师，博士，从事森林资源保护、生物质材料力学研究。通信作者，讲师，博士，硕士生导师，从事生物质材料断裂力学研究。

收稿日期 2021-07-13;修回日期 2021-07-31

多数古树具高大树体形态，冠幅大、枝干长，在经历长期风雨洗礼后，多数树干均有不同程度的腐朽空洞现象，在大风、大雪和冻雨等灾害性天气下，易造成枝干断裂或树体断裂倒伏，损坏树木的形态并影响观赏价值。高大的行道树扮演着绿化城市道路、改善城市居住环境以及净化空气等重要的角色，随着城市的发展，城市道路的扩建以及各种风雪灾害的发生，也经常发生树木断裂倒伏或者主枝干的断裂等砸到行人、汽车等，造成人们生命财产的损失。

全球气候变化模型的预测表明，各种类型风/雪灾害的发生频率和强度正呈增加趋势[1-2]，且区域性的强对流天气也时常发生，这无疑加大了古树名木及行道树、庭荫树和景观树断裂倒伏的可能性。因而，对于安全隐患系数高的古树名木以及行道树等，如何采取科学有效、简便快捷的安全性支撑拉纤措施成为从业人员们迫切希望解决的问题。

国外园林管理者对具有潜在危险性的老树、行道树采取修枝、支撑或者锯切移除等措施来降低危险性，或采取在树干、枝干上钻孔固定钢绳等[3]保护措施，但是这些具有损伤性的防护措施并不适用于我国古树名木。我国树木防护措施研究主要偏重于对培育树苗或者移植树木的临时养护支撑，而对于已经成型的行道树、庭荫树等的防护措施则较少关注，多数是在树木遭到破坏后直接移除。随着生态文明思想的深入贯彻，相关的古树名木以及大树支撑研究也逐渐增多，支撑方法多集中于刚性支撑[4-7]，即采用钢管或钢筋笼浇灌水泥等制作的仿生支撑柱，同时，部分学者也提出弹性支撑[8]和活体支撑方法[9]，而关于拉纤保护方法研究则相对较少。笔者从树木力学角度出发，结合树木结构形态，对有危险性的常见树木提出支撑拉纤防护方法和准则，以期为我国古树名木和行道树、庭荫树等保护提供参考和帮助。

1 支撑防护体系的准则

对于拥有众多古树名木的景区和数量庞大的城市行道树、庭荫树的城市园林部门，受财力、物力和人力的限制，不可能对每株树木进行安全检查和防护，因而须根据树木的重要性和可能构成威胁程度的不同来划分等级，进行分级管理。对于古树名木，可按树龄和重要性分级原则进行选择，对于行道树等其他树木，可按安全性分级进行管理，分级依据包括：①树木断裂倒伏的可能性;②树木断裂倒伏危及人、物、交通的可能性;③可能造成的损害程度和价值等。

对于古树名木而言，树木防护体系的目的是防止风雪灾害下树木断裂倒伏，确保其安全性，同时不妨碍树木自身适应环境，增强自我抵抗力也是树木支撑保护的一个重要方面。因树木是一种生命体，具有自适应、自我平衡的能力，当立木受到风力雪载作用时，其枝、干原先的平衡遭到破坏，附加的应力或促使形成层活动，使树体在高应力部位增粗增强;或抑制生长，以维持树体机械结构的合理性。如果选用刚性的固定支撑杆，树木会将撑杆当作其树体结构的一部分，并依赖撑杆向外生长。由于长期受到固定约束，树木不能在中小风中自由摇摆，不利于树木自适应生长和自我增强，一旦移去固定支撑，树体易失衡，因此，应选用有弹性的支撑拉纤方式。此外，支撑体系应在风雪灾害前快速安装，灾害后快速移除，不影响古树景观形态、不妨碍游客观光留念的效果。

对于有安全隐患的行道树、庭荫树等，在不采取移除树木和大规模修剪的措施下，确保其不会在风雪灾害下遭到破坏，以不造成人民生命和财产损失为首要目的。对于行道树可采取一些微损或者轻损的支撑防护措施，如钻孔拉纤方式。同时因财力和人力的限制，建议安装永久支撑防护体系，并建立定期的巡查制度（夏冬季各1次或者根据天气情况而定）。

2 支撑拉纤的具体措施

树木的拉纤支撑防护，包括绳索拉纤和刚性、弹性支撑及其组合等。对于较高树木的主枝干构成的树冠部分，可采取绳索拉纤方法;对于一般高度处构成的树冠主枝干，可根据情况采取刚性与弹性相结合的支撑杆支撑;对于破坏危险性较高的一些腐朽空洞树木，可采取相应的套圈包箍法[10]或采取与环境相融合的支撑与拉纤相结合的方案。

2.1 支撑体系

当树木大枝（一级或二级分支）呈水平延伸、过长，前端枝叶过多、下垂，枝干木质部纹理扭曲、腐朽等，侧枝基部与树干或主枝连接处腐朽、连接脆弱，则需要采取支撑。

支撑点的选择将决定着支撑效果，因此如何正确地选择支撑点是支撑体系首要解决的问题。

（1）对于枝干是独枝独冠的情况，支撑点选择在枝干长2/3处最佳（图1）。

（2）对于枝干前段具有明显的分叉枝干，避免将支撑点置于分叉处，可以分别对分叉的几个枝干采取支撑，且支撑点应该选择在树冠中心偏内处（图2），也可以根据实际情况采取T型或者π型的支撑杆件防护体系（图3）。

另一方面，支撑角度也是支撑的重要内容，当支撑角度在树干重力线和位移线之间时，支撑角度最佳（图4），当然也需要根据当地的实际地貌地型合理选择支撑角度。

上述所采用的支撑杆是一种弹性支撑杆[11-12]，这些部件安装拆卸简便，可以依据所撑树枝的粗细或承重选择和更换不同规格的弹簧，并且撑头与支撑杆为铰链联结，使撑头可以适应不同倾斜角度的树枝。此外，设计的弹性支撑杆相比较钢铁支撑杆更加轻便。这样可使树木在小风小雪中自由摆动、在大风大雪中有限摆动，既让树木常受应力刺激而产生自适应和自增强行为，又确保树木在恶劣气候下不会因变形过大而遭受破坏。

2.2 拉纤体系

风载荷作用下，枝干前后左右摇摆，枝干通过空气阻力和自身的阻尼消耗风能，以削弱风对其造成的破坏影响，这是树木摆脱危险的一种动态应急措施。因此，在对有安全隐患的树木进行拉纤时，不应采取刚性的拉纤措施固定枝干，使其避免小幅摆动，而是需要采取动态的拉纤方案，使枝干有一定的摆幅，能够使枝干以自身的动态响应措施耗散一部分风能，同时，又可以通过拉纤的约束和限制，避免枝干在风载荷下产生大幅度的位移造成断裂破坏;冰雪载荷对于树木而言是一种静态的载荷，会造成枝干大幅下垂，因而，亦可通过拉纤限制其大幅度下垂位移，进而保护枝干。

基于上述树冠拉纤理念并结合相关知识，对于一些主干不明显，呈共显性枝干形态的树木，其拉纤应该遵循以下原则：

（1）拉纤点因选择在距离分叉处向上2/3树枝高度处（图5），使拉纤绳索可以以较小的张力承受较大的枝干之间向外的张力作用。

（2）较直立枝干与较平枝干之间的拉纤绳索应该有一定的张角（图6），可防止小张角下拉纤不起作用。

（3）兩两枝干间采用1根绳索拉纤，避免采用1根绳索拉纤贯穿3个及以上的枝干。

（4）多个枝干之间绳索的拉纤采用三角式连接（图7a），避免单线条式连接，对于多个偏干，则相互连接成三角或组成网状结构连接方式（图7b、图7c）。

（5）对于具有水平延伸生长的枝干，采取拉纤时，应整体拉纤，避免单个拉纤（图8）。

（6）拉纤应总体呈一系，避免单独的片面体系（图9）。

绳索与枝干接触处应选用软性橡胶垫或其他如鬃毛等弹性材料，防止错动造成干皮的摩擦损伤;此外，拉纤绳索之间有一定的张紧性，绳索之间可适当加入弹性限位器，起到减震吸震作用。

2.3 支撑拉纤实施案例

2.3.1 黑虎松。

黑虎松位于黄山风景区海拔1 620 m始信峰峰脚，列入世界遗产名录，树高9.1 m，胸围225 cm，冠幅14.4 m×14.2 m。树体部分一、二级枝干水平延伸过长，部分枝干前段具有明显的分叉枝干，为防止冬末春初冰雪灾害性天气下枝干断裂损伤，对水平延伸过长的一、二级独枝独冠枝干在枝干长2/3处采用“U型”弹性支撑杆支撑，对枝干前段具有明显的分叉枝干采用“T型”弹性支撑杆进行防护（图10）。

2.3.2 松谷庵木莲。

松谷庵木莲位于黄山风景区海拔600 m的芙松区松谷庵大门侧，列入世界遗产名录，树高15.8 m，胸围265 cm，冠幅13.8 m×13.9 m。树一级枝干呈共显性形态，通过德国Rinntech公司产的ARBOTOM应力波树木断层扫描仪对共显性枝干进行检测，发现有3个枝干内部存在腐朽空洞，为确保其在风雪灾害下的安全，对上述3个枝干两两之间采用8#304不锈钢钢丝绳进行固定拉纤，整体呈现为水平的三角拉纤形式，拉纤高度约在枝干分叉高度2/3处，同时，与树干接触处钢丝绳穿有软性橡胶管，防止摩擦树皮（图11）。

3 讨论

在各种类型风/雪灾害的发生频率和强度呈现增加趋势的背景下，古树名木及树形高大的行道树、庭荫树在风雪灾害下发生断裂倒伏破坏事件越来越多。该研究从树木力学角度出发，结合树木结构形态，从支撑点、支撑角度、支撑形式、支撑器具选择及拉纤点、拉纤角度、拉纤形式选择等方面总结阐述了相应的支撑、拉纤防护准则和方法，并成功应用于黄山风景区的古树名木保护中，确保了树体在风雪灾害性天气的安全。该研究提出的支撑、拉纤防护准则和方法与前人相比更加具体、系统，如骆会欣等[5-6]仅介绍了古树的支撑形式，刘芸[13]阐述了树木保护的固定方法，张卉等[14]调查了天堂公园古树名木的支撑应用情况并分析了支撑角度对支撑效果的影响。实际生活中，部分古树名木树体奇特且生长地理环境多样，该研究提出的支撑拉纤准则和方法不一定适用，需要因地制宜地进行调整。

4 结语

该研究从树木力学角度出发，结合树木结构形态，从支撑点、支撑角度、支撑形式、支撑器具选择及拉纤点、拉纤角度、拉纤形式选择等方面，针对常见的具有危险性的树木提出安全性支撑拉纤防护准则和方法，以期为古树名木和行道树、庭荫树等保护提供一定的参考和帮助。

支撑拉纤作为古树名木保护的重要措施之一，有时会因其突兀的结构形式影响古树名木观瞻，下一步需针对真实风

雪载荷下的古树名木强度进行分析，进而提出支撑拉纤是否需要介入以及确定最佳介入时机，并将艺术支撑拉纤融入古树名木管理中，同时，还需就支撑拉纤新材料、防腐耐久性能等展开深入研究。

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