車輛冰層通行能力的研究與實踐

靳文志

摘要：我國北方地區，嚴寒條件下江河冰面可以作為機動路線進行運輸，但是由于冰層厚度不足，冰面光滑等情況，經常出現險情，特別是多車輛反復通行過程中，冰層受到疲勞應力的沖擊，會發生開裂、斷裂、破裂等情況，造成車輛的掉溝、淤陷甚至沉車等，因此，在實踐中必須把握車輛冰層通行能力。

關鍵詞：車輛 冰層 通行

我國三北地區，冬季時間長、氣溫低，河流、沼澤、湖泊都會上凍結冰，當冰層厚度超過一定范圍后，車輛就能夠通行。因此，在北方冬季嚴寒條件下，很多常溫下不能通行的河流、沼澤、湖泊都可以作為車輛運輸應急機動路線。但是，在這樣的冰層道路條件下通行，由于冰層承載能力較低且冰層摩擦阻力遠低于正常地面，車輛容易發生打滑失控，甚至出現陷落、沉車等險情，因此必須掌握好相關通行要求，提升通行能力。

1 準確勘察冰面情況，確定冰層承載能力

1.1 冰層厚度是影響承載能力最直接的因素

目前較為先進的算法為基于Winker模型的冰層承載力算法，但其建立在冰層為彈性均質材料下的理論前提下，需要進一步優化改進才具有一定實用性。而目前實踐應用中較為成熟的多為經驗公式，如加拿大的冰上運輸經驗公式P=A·h2等，式中，A為加拿大的承載力經驗系數，一般取值為30～176;P為安全通行載荷，單位T;h為冰層厚度，單位m。

應用經驗公式時必須把握住實際情況進行修正，一是最近一周的平均氣溫和溫度變化情況，一般來說平均溫度在-10℃以上時需要單獨核算。二是把握冰面是否有較大的裂痕影響車輛通行，如裂痕較深需要增加影響系數。

同時，近年來全球氣候變暖，冰層強度結構發生變化，承載力能力的經驗系數需要進一步向下調整。

1.2.冰層下水面的浮力構成支撐作用

冰層與水面間不應有空隙，由于冰層自身重力的原因，若在冰層打一觀測孔，孔中的水面上升到冰厚的80～90%處時，即證明無空隙。同時擬通過車輛的冰層應無冰窟和較大的冰層裂紋，否則影響冰層的強度。冰層與兩岸應結合可靠，否則致使冰層強度下降，容易出現水面漫上冰層的現象。

1.3.水質和水源的影響。

淡水結冰強度較好，如果水中含鹽量較高，其相比于淡水的凝點更低。在同等溫度下，冰層的強度下降，冰層的厚度要求增加。經驗表明，咸水冰層的厚度要求非常高，有時必須達到淡水透明冰層所需厚度的2倍。同時，車輛通行的冰渡場下應無暖水流通過。冰層下有暖水流通過時，應停止使用冰渡場通道，并查清暖水流源、影響冰層承載量大小的程度以及通過時間等。

1.4.通過沼澤地的凍層厚度要求

車輛通過沼澤地，其上的冰層厚度要求比水面冰層厚度要求低，一般情況下沼澤地的凍層達35～40厘米時，即可通過20噸車輛，45～50厘米時即可通過40噸車輛。

2 合理運用冰面摩擦特性，提高車輛操控技能

由于冰面堅硬且光滑，車輛在冰面上運動非常容易打滑，并且轉向時易橫滑，比較難于操控。要提高車輛在冰面上的誦過性，不僅是冰厚能否承載車輛重量的問題，也取決于車輛正確的操作要提高車輛在冰面上的通過性，不僅是冰厚能否承載裝備重量的問題，也取決于車輛正確的操作控制。只有充分掌握冰面的承載規律和特點，采取有效的措施，準確地對車輛進行操作，才能提高車輛在冰面上的通過能力。

2.1.熟悉掌握冰面運動規律

車輛在冰面上運動時，如果所需牽引力或制動力不大時，冰面的附著情況可以滿足需要，一般若保持車輛在冰面上勻速行駛打滑現象不明顯。但是若有明顯的加速或減速，車輛則表現出明顯的打滑或滑移。

一是起車容易打滑，運動速度降低。如果車輛較重，牽引力很難克服車輛的慣性力，若起車轉速過高，輪胎（或履帶）完全打滑，車輛沒有前進而輪胎（或負重輪）下的冰刮成粉末帶走，負重輪陷入冰層以下形成“冰陷”。一旦出現冰陷現象，若不及時采取措施會越來越嚴重，致使車輛不能自行駛出，是比較危險的。

二是在冰面上轉向容易出現打滑和橫滑是非常明顯的。轉向時車輛出現明顯橫滑和甩尾造成的打轉現象，轉向半徑、運動方向和運動軌跡嚴重失控。

三是制動距離明顯增大。車輛在冰面上的制動距離明顯增大，制動距離和車速、輪胎（或履帶）的防滑情況等有關系，一般情況下比正常制動距離增長約2倍。

2.2 平穩正確的駕駛操縱車輛

通過冰渡場時，應對正方向，低速平穩的駛上冰面，以減小對冰面的沖擊。在冰面上盡量避免轉向、換擋、停車和急劇改變發動機轉速。

一是冰上起車時要平穩。冰上起車因轉速高原地打滑時，應立即停車，而后在較低轉速下重新起車。當起車仍不成功時，不能反復進行前進或后退起車，應采取牽引、防滑等其它措施。

二是在冰面上盡量減少大角度轉向。當車輛轉向角度過大時，會出現甩尾、側滑甚至打轉現象，造成車輛的方向控制困難。實踐中，轉向前應該控制好車速，轉向角度不宜過大;緊急情況下可以方向盤小打快回，利用車輛慣性甩尾改變運動方向。同時，對于有分離轉向的車輛來說，冰上轉向一般不用分離轉向，因為分離轉向適用于高速轉向，且需要在轉向同時加速才能產生明顯的轉向，這樣容易使車輛更加難于控制。

三是冰上出現打滑失控時應正確的應急處置。冰上轉向發生甩尾，失去控制時，可采取減油、向相反一側回輪的辦法控制車輛，也可采取先停車，而后用低速擋重新起車的方法處理。當從冰面駛出時，如果堤岸坡角過大也會出現明顯的打滑現象甚至不能駛出，此時，需要控制車輛掛緩慢駛下堤岸避免沖擊冰層，然后重新利用動能法提高行駛速度沖出堤岸。

四是冰裂時應平穩加油通過。冰上行駛聽到冰層的破裂聲、發現裂紋或感到車體尾部有下沉跡象時，不得盲目停車或換檔，應保持已有的車速和動力情況，脫離險境，迅速平穩的向岸邊靠近。

3.科學增大冰面的承載能力，滿足車輛通行要求

車輛通過冰層時，首先要對冰層進行勘查，內容包括冰層的厚度、質量等情況。若不滿足通行要求，可以采取措施對冰層進行加強和補救。

3.1 加厚凍結冰層

當冰層厚度不小于所需厚度的一半時，可用輔助凍結的方法加強。凍結的方法是在冰層上面澆水，可以用水泵、灑水車等分段澆水，每段每次澆1厘米厚的水，在氣溫-30℃～-10℃時，1.5～3小時即可凍結;第一層凍結后再澆第二層水，直至所需冰層厚度。凍結法加強的冰層厚度，不超過原有冰層厚度的50%～60%;并且凍結冰層的厚度，只能按70%的承載力計算凍結冰渡場時，可在加強冰層內鋪上稻草或樹枝以增加凍結冰層的強度和加快凍結層厚度。若冰層上面覆有積雪，積雪起到保溫層的作用，不利于冰面的增厚，必須首先清除積雪。

3.2 鋪設木材結構物通路

通過鋪設結構物通路，是車輛對冰面的壓強降低。加強冰層承載強度，一般可增加載重量15%～20%。當冰渡場岸邊的冰層不結實，與岸邊結合不可靠時，可構筑簡便的引橋避開冰層與岸的結合部，用引橋直接引至堅實冰層上。

4.有效把握冰層疲勞次數，高效組織多輛車輛通行

車輛在冰層上通過時，冰面要支撐車輛的重量，必然要有下陷的變形，車輛通過以后，冰層又向上浮起。這樣車輛在冰層上多次通過后，冰面的疲勞會導致承載能力下降。

對于固定地點的冰面，一次性通過的車輛的數量是受限制的，一般情況下由10～15輛車編成的縱隊沿一條通路行駛時，所需冰層厚度應比單車數值增大10%～15%;若有更多的車輛通過時，應增加35%～40%。冰面雖具有一定的承載能力，相對陸地地面來講是比較脆弱的，這對多輛車輛通過時提出了更多的要求。

參考文獻：

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