林木抗風折鋼絲繩串聯加固器的設計和應用

摘要：為了降低林木風折率和預防安全事故的發生，設計一種由卡環、彈簧、卡板和鋼絲繩組成的林木抗風折鋼絲繩串聯加固器。應用試驗結果表明：1）樹干風折率和枝條風折率為0.21%和1.07%，較對照（CK）分別降低了87.88%和72.56%；2）樹干和枝條風折后在構件鋼絲繩的拖負下懸掛在空中，不著地，不會立即造成安全事故，從而給險情處置爭取了一定時間；3）制作簡單，取材方便，安裝簡便。鑒于以上優勢，建議將鋼絲繩串聯加固器在排狀林木風折災害預防中示范推廣。

關鍵詞：林木；風折；加固器；設計；應用

中圖分類號：S776" "文獻標識碼：A" " 文章編號：1674-1161（2023）05-0029-03

林木發生風折即風力超出林木的抗風能力時，樹干或枝條會折損倒伏。農田防護林、護岸護堤林、鐵路公路護路林、城市公園、道路行道樹等排狀林木時有發生風折，易造成車輛和行人安全事故，以及輸電、通信線路中斷，進而給人們的生產生活和生命財產帶來損失。片狀防護林的林緣地帶也易發生風折，是風折高發區。除此之外，林木生長過程中為了爭奪陽光，會使樹干傾斜，重心偏移^[1]，也易發生傾倒。同時，病蟲害^[2]、樹種生長特性^[3]和栽植密度^[4]等都會影響林木風折率。

在防護林栽植初期，人們主要通過樹種選擇、樹種配置和病蟲害防治等措施來預防風折的發生；對多a生防護林則主要通過修枝^[5]、重剪^[6]、截干^[7]和采伐^[8]等措施來預防風折的發生。也有修建支撐物來保護林木免于風折的報道，但主要用于古樹名木的保護^[9]。修枝、重剪、截干和采伐在一定程度上能預防風折的發生，但常造成公路、城市公園、道路等景觀林帶樹冠受損，出現缺株、少株等現象，影響園林景觀的完整性和觀賞性。為了兼顧防護林樹體完整性和預防風折安全事故發生，設計一種林木抗風折鋼絲繩串聯加固器，其可增強樹體抗風能力，降低風折率和安全事故的發生，因而在林木抗災除險中有一定的應用前景。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于甘肅省天祝藏族自治縣打柴溝鎮安家河村312國道兩側。該地海拔2 450 m，大陸性高原季風氣候，年均氣溫2.8 ℃，降雨量365～420 mm，無霜期120～150 d，土壤為沙壤土。上世紀80年代建成柏油公路，路面寬10 m，路基高出地面1 m。在公路建成之初，為了護路和護田，在公路兩側排水溝外栽植單排青楊（Populus cathayana Rehd）苗木，株距3～4 m。2020年栽植苗木樹齡已達35 a，苗高12～15 m，胸徑30～40 cm。受樹齡和病蟲害等因素影響，部分青楊樹干和枝條抗風能力下降，夏季和秋季生長旺盛期部分植株常因風折倒伏，造成車輛和行人安全事故，林業管護部門也因此受到投訴。

1.2 加固器材料

林木抗風折鋼絲繩串聯加固器由鋼質卡環、卡板、彈簧和鋼絲繩制成，應用對象為試驗地312國道兩側單排青楊防護林。

1.3 試驗方法

2020年1月上旬在試驗地隨機抽取1 km林帶作為1個小區來安裝林木抗風折鋼絲繩串聯加固器，重復3次。鋼絲繩串聯加固器安裝株距6 m，高度10 m，以不做任何處理的小區為對照（CK）。鋼絲繩串聯加固器安裝完成后，分別觀察和統計1—12月處理小區和對照小區的風折情況，統計小區總株數（株）、樹干風折株數（株）、枝條風折株數（株），計算樹干風折率（%）和枝條風折率（%）。樹干風折率/枝條風折率（%）=（已發生樹干/枝條風折株數÷調查株數）×100。

試驗觀察和統計數據采用Excel 2007和DPS 6.01軟件統計分析。

2 結果與分析

2.1 抗風折鋼絲繩串聯加固器的設計和應用

抗風折鋼絲繩串聯加固器整體結構如圖1所示。

卡環由2個對稱的“Ω”字形鋼環組成，每個鋼環內側有2個對稱的脊狀撐墊，每個鋼環兩端有耳狀折柄，折柄上設有螺孔；卡板由2塊對稱的長方形鋼板組成，長方形鋼板中心有凹形卡槽；卡環和卡板通過彈簧連接：卡環由厚度5 mm、寬5 cm鋼板彎曲而成，內側2個對稱的脊狀撐墊通過焊接來連接；卡板由厚1 cm、長20 cm、寬12 cm鋼板加熱后沖壓制成；彈簧由直徑1 cm鋼材加熱盤卷淬火后制成；鋼絲繩直徑3 cm，由直徑1 mm的鋼絲絞辮制成。抗風折鋼絲繩串聯加固器實施示意圖如圖2所示。

應用林木抗風折鋼絲繩串聯加固器時，先將鋼絲繩串聯加固器的卡環對稱的2個鋼環分開卡在樹干頂部1/3處，再用螺栓連接和固定2個鋼環，使卡環連接彈簧的一面朝向鐵路、公路和人行道等需要預防林木傾倒的方向，然后將鋼絲繩卡入卡板對稱的2塊長方形鋼板卡槽中，最后用螺栓固定，這樣就完成了1個林木抗風折鋼絲繩串聯加固器在1株林木上的安裝。當需要將多個林木串聯加固時，可根據林帶長度和實際需要來調整鋼絲繩串聯加固器的株距和數量，從而使多株之間安裝的鋼絲繩串聯加固器形成一個組合。

林木抗風折鋼絲繩串聯加固器安裝應用時，單個鋼絲繩串聯加固器應安裝在樹干粗大且健壯的植株上，安裝高度應保持在樹干頂部1/3處，且不同林木間安裝高度應保持直線狀，安裝后鋼絲繩應保持自然松弛狀態。

2.2 抗風折鋼絲繩串聯加固器應用效果對比分析

林木鋼絲繩串聯加固器應用效果見表1。

由表1可知，應用鋼絲繩串聯加固器后，樹干風折率和枝條風折率為0.21%和1.07%，較對照（CK）分別降低了87.88%與72.56%。經t測驗，得知應用鋼絲繩串聯加固器與對照（CK）的樹干風折率和枝條風折率的∣t∣分別為9.667和4.879，與t_0.01=4.604相比，∣t∣均大于t_0.01，故P＜0.01。因此，應用鋼絲繩串聯加固器與對照（CK）的樹干風折率和枝條風折率均有極顯著差異。

在對比試驗中還觀測到采用鋼絲繩串聯加固器后，林木之間互相依存。刮風時在鋼絲繩串聯加固器彈簧的緩沖下，降低了林木樹冠的搖擺幅度，進而降低了風折率。發生樹干風折和枝條風折的樹體也因鋼絲繩串聯加固器鋼絲繩的托負，樹冠沒有倒地或斷枝沒有著地，懸掛在空中，進而為抗災除險爭取了一定的時間。而不做任何處理的對照（CK）發生樹干風折和枝條風折的樹冠全部倒地或斷枝著地，增加了安全事故隱患。

3 結論與討論

試驗結果表明應用鋼絲繩串聯加固器來加固排狀林木后，林木之間在構件鋼絲繩的串聯下，相互依托構成整體，增強了抗風能力。刮風時樹冠在構件彈簧的緩沖下，降低了搖擺幅度，進而降低了樹干和枝條折損率。應用鋼絲繩串聯加固器后，樹干或枝條風折后，在構件鋼絲繩的托負下，折損的樹冠或樹枝被懸掛在空中，不會立即造成安全事故，進而給險情處置爭取了一定時間。其次在鋼絲繩串聯加固器設計中為了防止卡環絞縊樹皮，影響林木健康生長，還在構件卡環內設計了脊狀撐墊，既給樹干橫向生長預留了一定的生長空間，還利于鋼絲繩串聯加固器在樹干上固定。除此之外，鋼絲繩串聯加固器制作簡單，取材方便，安裝簡便。鑒于以上優勢，建議在排狀林木風折災害預防中示范推廣。

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Design and Application of Forest Resisting Wind-Breakage Wire Rope Serial Reinforcement Device

WANG Junmei

（Wushaoling Station of Gansu Qilianshan National Nature Reserve Management and Protection Center， Tianzhu Gansu 733203， China）

Abstract： In order to decrease forest wind-breakage rate and prevent safety accidents， a kind of serial reinforcement device was designed， which was formed with the clasp， spring， clip and wire rope. The test results showed that： 1） Trunk and branch wind-breakage rates were 0.21% and 1.07%， decreased 87.88% and 72.56% than CK separately; 2） Trunks and branches were not fell， not occurred safety accidents immediately， which can win a certain amount of time to dangerous situation disposal ; 3） Simple to produce， convenient to take materials， easy to instal. Based on the above advantages， the serial reinforcement device should be demonstrated and promoted in wind-breakage disaster prevention of row pattern forest.

Key words：" forest; wind-breakage; reinforcement device; design; apply

收稿日期：2023-05-08

作者簡介：王軍梅（1983—），女，本科，高級工程師，主要從事森林資源管護和林業技術推廣工作。