车辆冰层通行能力的研究与实践

靳文志

摘要：我国北方地区，严寒条件下江河冰面可以作为机动路线进行运输，但是由于冰层厚度不足，冰面光滑等情况，经常出现险情，特别是多车辆反复通行过程中，冰层受到疲劳应力的冲击，会发生开裂、断裂、破裂等情况，造成车辆的掉沟、淤陷甚至沉车等，因此，在实践中必须把握车辆冰层通行能力。

关键词：车辆 冰层 通行

我国三北地区，冬季时间长、气温低，河流、沼泽、湖泊都会上冻结冰，当冰层厚度超过一定范围后，车辆就能够通行。因此，在北方冬季严寒条件下，很多常温下不能通行的河流、沼泽、湖泊都可以作为车辆运输应急机动路线。但是，在这样的冰层道路条件下通行，由于冰层承载能力较低且冰层摩擦阻力远低于正常地面，车辆容易发生打滑失控，甚至出现陷落、沉车等险情，因此必须掌握好相关通行要求，提升通行能力。

1 准确勘察冰面情况，确定冰层承载能力

1.1 冰层厚度是影响承载能力最直接的因素

目前较为先进的算法为基于Winker模型的冰层承载力算法，但其建立在冰层为弹性均质材料下的理论前提下，需要进一步优化改进才具有一定实用性。而目前实践应用中较为成熟的多为经验公式，如加拿大的冰上运输经验公式P=A·h2等，式中，A为加拿大的承载力经验系数，一般取值为30～176;P为安全通行载荷，单位T;h为冰层厚度，单位m。

应用经验公式时必须把握住实际情况进行修正，一是最近一周的平均气温和温度变化情况，一般来说平均温度在-10℃以上时需要单独核算。二是把握冰面是否有较大的裂痕影响车辆通行，如裂痕较深需要增加影响系数。

同时，近年来全球气候变暖，冰层强度结构发生变化，承载力能力的经验系数需要进一步向下调整。

1.2.冰层下水面的浮力构成支撑作用

冰层与水面间不应有空隙，由于冰层自身重力的原因，若在冰层打一观测孔，孔中的水面上升到冰厚的80～90%处时，即证明无空隙。同时拟通过车辆的冰层应无冰窟和较大的冰层裂纹，否则影响冰层的强度。冰层与两岸应结合可靠，否则致使冰层强度下降，容易出现水面漫上冰层的现象。

1.3.水质和水源的影响。

淡水结冰强度较好，如果水中含盐量较高，其相比于淡水的凝点更低。在同等温度下，冰层的强度下降，冰层的厚度要求增加。经验表明，咸水冰层的厚度要求非常高，有时必须达到淡水透明冰层所需厚度的2倍。同时，车辆通行的冰渡场下应无暖水流通过。冰层下有暖水流通过时，应停止使用冰渡场通道，并查清暖水流源、影响冰层承载量大小的程度以及通过时间等。

1.4.通过沼泽地的冻层厚度要求

车辆通过沼泽地，其上的冰层厚度要求比水面冰层厚度要求低，一般情况下沼泽地的冻层达35～40厘米时，即可通过20吨车辆，45～50厘米时即可通过40吨车辆。

2 合理运用冰面摩擦特性，提高车辆操控技能

由于冰面坚硬且光滑，车辆在冰面上运动非常容易打滑，并且转向时易横滑，比较难于操控。要提高车辆在冰面上的诵过性，不仅是冰厚能否承载车辆重量的问题，也取决于车辆正确的操作要提高车辆在冰面上的通过性，不仅是冰厚能否承载装备重量的问题，也取决于车辆正确的操作控制。只有充分掌握冰面的承载规律和特点，采取有效的措施，准确地对车辆进行操作，才能提高车辆在冰面上的通过能力。

2.1.熟悉掌握冰面运动规律

车辆在冰面上运动时，如果所需牵引力或制动力不大时，冰面的附着情况可以满足需要，一般若保持车辆在冰面上匀速行驶打滑现象不明显。但是若有明显的加速或减速，车辆则表现出明显的打滑或滑移。

一是起车容易打滑，运动速度降低。如果车辆较重，牵引力很难克服车辆的惯性力，若起车转速过高，轮胎（或履带）完全打滑，车辆没有前进而轮胎（或负重轮）下的冰刮成粉末带走，负重轮陷入冰层以下形成“冰陷”。一旦出现冰陷现象，若不及时采取措施会越来越严重，致使车辆不能自行驶出，是比较危险的。

二是在冰面上转向容易出现打滑和横滑是非常明显的。转向时车辆出现明显横滑和甩尾造成的打转现象，转向半径、运动方向和运动轨迹严重失控。

三是制动距离明显增大。车辆在冰面上的制动距离明显增大，制动距离和车速、轮胎（或履带）的防滑情况等有关系，一般情况下比正常制动距离增长约2倍。

2.2 平稳正确的驾驶操纵车辆

通过冰渡场时，应对正方向，低速平稳的驶上冰面，以减小对冰面的冲击。在冰面上尽量避免转向、换挡、停车和急剧改变发动机转速。

一是冰上起车时要平稳。冰上起车因转速高原地打滑时，应立即停车，而后在较低转速下重新起车。当起车仍不成功时，不能反复进行前进或后退起车，应采取牵引、防滑等其它措施。

二是在冰面上尽量减少大角度转向。当车辆转向角度过大时，会出现甩尾、侧滑甚至打转现象，造成车辆的方向控制困难。实践中，转向前应该控制好车速，转向角度不宜过大;紧急情况下可以方向盘小打快回，利用车辆惯性甩尾改变运动方向。同时，对于有分离转向的车辆来说，冰上转向一般不用分离转向，因为分离转向适用于高速转向，且需要在转向同时加速才能产生明显的转向，这样容易使车辆更加难于控制。

三是冰上出现打滑失控时应正确的应急处置。冰上转向发生甩尾，失去控制时，可采取减油、向相反一侧回轮的办法控制车辆，也可采取先停车，而后用低速挡重新起车的方法处理。当从冰面驶出时，如果堤岸坡角过大也会出现明显的打滑现象甚至不能驶出，此时，需要控制车辆挂缓慢驶下堤岸避免冲击冰层，然后重新利用动能法提高行驶速度冲出堤岸。

四是冰裂时应平稳加油通过。冰上行驶听到冰层的破裂声、发现裂纹或感到车体尾部有下沉迹象时，不得盲目停车或换档，应保持已有的车速和动力情况，脱离险境，迅速平稳的向岸边靠近。

3.科学增大冰面的承载能力，满足车辆通行要求

车辆通过冰层时，首先要对冰层进行勘查，内容包括冰层的厚度、质量等情况。若不满足通行要求，可以采取措施对冰层进行加强和补救。

3.1 加厚冻结冰层

当冰层厚度不小于所需厚度的一半時，可用辅助冻结的方法加强。冻结的方法是在冰层上面浇水，可以用水泵、洒水车等分段浇水，每段每次浇1厘米厚的水，在气温-30℃～-10℃时，1.5～3小时即可冻结;第一层冻结后再浇第二层水，直至所需冰层厚度。冻结法加强的冰层厚度，不超过原有冰层厚度的50%～60%;并且冻结冰层的厚度，只能按70%的承载力计算冻结冰渡场时，可在加强冰层内铺上稻草或树枝以增加冻结冰层的强度和加快冻结层厚度。若冰层上面覆有积雪，积雪起到保温层的作用，不利于冰面的增厚，必须首先清除积雪。

3.2 铺设木材结构物通路

通过铺设结构物通路，是车辆对冰面的压强降低。加强冰层承载强度，一般可增加载重量15%～20%。当冰渡场岸边的冰层不结实，与岸边结合不可靠时，可构筑简便的引桥避开冰层与岸的结合部，用引桥直接引至坚实冰层上。

4.有效把握冰层疲劳次数，高效组织多辆车辆通行

车辆在冰层上通过时，冰面要支撑车辆的重量，必然要有下陷的变形，车辆通过以后，冰层又向上浮起。这样车辆在冰层上多次通过后，冰面的疲劳会导致承载能力下降。

对于固定地点的冰面，一次性通过的车辆的数量是受限制的，一般情况下由10～15辆车编成的纵队沿一条通路行驶时，所需冰层厚度应比单车数值增大10%～15%;若有更多的车辆通过时，应增加35%～40%。冰面虽具有一定的承载能力，相对陆地地面来讲是比较脆弱的，这对多辆车辆通过时提出了更多的要求。

参考文献：

[1]董宁宁. 自行车影响下信号交叉口右转车辆通行能力模型及交通组织研究[D]. 2019.

[2] 徐辉， 谭振霞， 李晋. 城市道路公交中途停靠站通行能力研究与应用[J]. 中国市政工程， 2018， 000（005）：87-89.