車輛冰層通行能力的研究與實(shí)踐

靳文志

摘要：我國(guó)北方地區(qū)，嚴(yán)寒條件下江河冰面可以作為機(jī)動(dòng)路線進(jìn)行運(yùn)輸，但是由于冰層厚度不足，冰面光滑等情況，經(jīng)常出現(xiàn)險(xiǎn)情，特別是多車輛反復(fù)通行過程中，冰層受到疲勞應(yīng)力的沖擊，會(huì)發(fā)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(shí)踐中必須把握車輛冰層通行能力。

關(guān)鍵詞：車輛 冰層 通行

我國(guó)三北地區(qū)，冬季時(shí)間長(zhǎng)、氣溫低，河流、沼澤、湖泊都會(huì)上凍結(jié)冰，當(dāng)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(yán)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(yùn)輸應(yīng)急機(jī)動(dòng)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(yuǎn)低于正常地面，車輛容易發(fā)生打滑失控，甚至出現(xiàn)陷落、沉車等險(xiǎn)情，因此必須掌握好相關(guān)通行要求，提升通行能力。

1 準(zhǔn)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(jìn)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(zhì)材料下的理論前提下，需要進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)才具有一定實(shí)用性。而目前實(shí)踐應(yīng)用中較為成熟的多為經(jīng)驗(yàn)公式，如加拿大的冰上運(yùn)輸經(jīng)驗(yàn)公式P=A·h2等，式中，A為加拿大的承載力經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，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(yīng)用經(jīng)驗(yàn)公式時(shí)必須把握住實(shí)際情況進(jìn)行修正，一是最近一周的平均氣溫和溫度變化情況，一般來(lái)說平均溫度在-10℃以上時(shí)需要單獨(dú)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(shù)。

同時(shí)，近年來(lái)全球氣候變暖，冰層強(qiáng)度結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，承載力能力的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)需要進(jìn)一步向下調(diào)整。

1.2.冰層下水面的浮力構(gòu)成支撐作用

冰層與水面間不應(yīng)有空隙，由于冰層自身重力的原因，若在冰層打一觀測(cè)孔，孔中的水面上升到冰厚的80～90%處時(shí)，即證明無(wú)空隙。同時(shí)擬通過車輛的冰層應(yīng)無(wú)冰窟和較大的冰層裂紋，否則影響冰層的強(qiáng)度。冰層與兩岸應(yīng)結(jié)合可靠，否則致使冰層強(qiáng)度下降，容易出現(xiàn)水面漫上冰層的現(xiàn)象。

1.3.水質(zhì)和水源的影響。

淡水結(jié)冰強(qiáng)度較好，如果水中含鹽量較高，其相比于淡水的凝點(diǎn)更低。在同等溫度下，冰層的強(qiáng)度下降，冰層的厚度要求增加。經(jīng)驗(yàn)表明，咸水冰層的厚度要求非常高，有時(shí)必須達(dá)到淡水透明冰層所需厚度的2倍。同時(shí)，車輛通行的冰渡場(chǎng)下應(yīng)無(wú)暖水流通過。冰層下有暖水流通過時(shí)，應(yīng)停止使用冰渡場(chǎng)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(shí)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(dá)35～40厘米時(shí)，即可通過20噸車輛，45～50厘米時(shí)即可通過40噸車輛。

2 合理運(yùn)用冰面摩擦特性，提高車輛操控技能

由于冰面堅(jiān)硬且光滑，車輛在冰面上運(yùn)動(dòng)非常容易打滑，并且轉(zhuǎn)向時(shí)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(guī)律和特點(diǎn)，采取有效的措施，準(zhǔn)確地對(duì)車輛進(jìn)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(yùn)動(dòng)規(guī)律

車輛在冰面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果所需牽引力或制動(dòng)力不大時(shí)，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(xiàn)象不明顯。但是若有明顯的加速或減速，車輛則表現(xiàn)出明顯的打滑或滑移。

一是起車容易打滑，運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn)速過高，輪胎（或履帶）完全打滑，車輛沒有前進(jìn)而輪胎（或負(fù)重輪）下的冰刮成粉末帶走，負(fù)重輪陷入冰層以下形成“冰陷”。一旦出現(xiàn)冰陷現(xiàn)象，若不及時(shí)采取措施會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重，致使車輛不能自行駛出，是比較危險(xiǎn)的。

二是在冰面上轉(zhuǎn)向容易出現(xiàn)打滑和橫滑是非常明顯的。轉(zhuǎn)向時(shí)車輛出現(xiàn)明顯橫滑和甩尾造成的打轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)向半徑、運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)軌跡嚴(yán)重失控。

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

2.2 平穩(wěn)正確的駕駛操縱車輛

通過冰渡場(chǎng)時(shí)，應(yīng)對(duì)正方向，低速平穩(wěn)的駛上冰面，以減小對(duì)冰面的沖擊。在冰面上盡量避免轉(zhuǎn)向、換擋、停車和急劇改變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

一是冰上起車時(shí)要平穩(wěn)。冰上起車因轉(zhuǎn)速高原地打滑時(shí)，應(yīng)立即停車，而后在較低轉(zhuǎn)速下重新起車。當(dāng)起車仍不成功時(shí)，不能反復(fù)進(jìn)行前進(jìn)或后退起車，應(yīng)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(zhuǎn)向。當(dāng)車輛轉(zhuǎn)向角度過大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)甩尾、側(cè)滑甚至打轉(zhuǎn)現(xiàn)象，造成車輛的方向控制困難。實(shí)踐中，轉(zhuǎn)向前應(yīng)該控制好車速，轉(zhuǎn)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(yùn)動(dòng)方向。同時(shí)，對(duì)于有分離轉(zhuǎn)向的車輛來(lái)說，冰上轉(zhuǎn)向一般不用分離轉(zhuǎn)向，因?yàn)榉蛛x轉(zhuǎn)向適用于高速轉(zhuǎn)向，且需要在轉(zhuǎn)向同時(shí)加速才能產(chǎn)生明顯的轉(zhuǎn)向，這樣容易使車輛更加難于控制。

三是冰上出現(xiàn)打滑失控時(shí)應(yīng)正確的應(yīng)急處置。冰上轉(zhuǎn)向發(fā)生甩尾，失去控制時(shí)，可采取減油、向相反一側(cè)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(dāng)從冰面駛出時(shí)，如果堤岸坡角過大也會(huì)出現(xiàn)明顯的打滑現(xiàn)象甚至不能駛出，此時(shí)，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(dòng)能法提高行駛速度沖出堤岸。

四是冰裂時(shí)應(yīng)平穩(wěn)加油通過。冰上行駛聽到冰層的破裂聲、發(fā)現(xiàn)裂紋或感到車體尾部有下沉跡象時(shí)，不得盲目停車或換檔，應(yīng)保持已有的車速和動(dòng)力情況，脫離險(xiǎn)境，迅速平穩(wěn)的向岸邊靠近。

3.科學(xué)增大冰面的承載能力，滿足車輛通行要求

車輛通過冰層時(shí)，首先要對(duì)冰層進(jìn)行勘查，內(nèi)容包括冰層的厚度、質(zhì)量等情況。若不滿足通行要求，可以采取措施對(duì)冰層進(jìn)行加強(qiáng)和補(bǔ)救。

3.1 加厚凍結(jié)冰層

當(dāng)冰層厚度不小于所需厚度的一半時(shí)，可用輔助凍結(jié)的方法加強(qiáng)。凍結(jié)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(shí)，1.5～3小時(shí)即可凍結(jié);第一層凍結(jié)后再澆第二層水，直至所需冰層厚度。凍結(jié)法加強(qiáng)的冰層厚度，不超過原有冰層厚度的50%～60%;并且凍結(jié)冰層的厚度，只能按70%的承載力計(jì)算凍結(jié)冰渡場(chǎng)時(shí)，可在加強(qiáng)冰層內(nèi)鋪上稻草或樹枝以增加凍結(jié)冰層的強(qiáng)度和加快凍結(jié)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(shè)木材結(jié)構(gòu)物通路

通過鋪設(shè)結(jié)構(gòu)物通路，是車輛對(duì)冰面的壓強(qiáng)降低。加強(qiáng)冰層承載強(qiáng)度，一般可增加載重量15%～20%。當(dāng)冰渡場(chǎng)岸邊的冰層不結(jié)實(shí)，與岸邊結(jié)合不可靠時(shí)，可構(gòu)筑簡(jiǎn)便的引橋避開冰層與岸的結(jié)合部，用引橋直接引至堅(jiān)實(shí)冰層上。

4.有效把握冰層疲勞次數(shù)，高效組織多輛車輛通行

車輛在冰層上通過時(shí)，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(huì)導(dǎo)致承載能力下降。

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

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