CN107036841B - 一种水土一体化采样装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水土一体化采样装置，其特征在于所述采样装置包括可移动式平台，所述可移动式平台上设置有两组竖向设置的液压油缸装置，两组所述液压油缸装置之间通过水平横梁连接，所述水平横梁上设置有旋转动力装置，所述旋转动力装置上同轴可拆卸式安装有外套管以及位于所述外套管中的钻杆或地下水监测井管。本发明的优点是，采样装置结构简单，通过外套管的设置可实现土壤分层采样时有效的污染隔离，并快速建设地下水监测井，实现快速取样；相对于传统的取样建井方法，该采样装置取样时更具针对性，实施便捷、周期短等优点，具有良好的技术优势与应用前景。
Description
技术领域
本发明属于环境岩土工程技术领域，具体涉及一种水土一体化采样装置。
背景技术
随着社会经济的飞速发展，城市化水平得到不断提高，环境污染却日益严重，严重破坏生态系统，影响了人类的生活质量和身体健康。在污染场地再开发的过程中，为预防和控制土壤与地下水污染而引发的建设场地生态事故和建设工程安全事故，全面而准确的场地调查显得十分重要。
目前，污染场地调查主要依靠30型钻机、百米钻机以及Geoprobe钻机等设备，在钻设过程中，上述设备可能会将表层或浅层的污染带入深层，没有做到污染隔离，在场地调查过程中需要进行大面积钻探取样，如果不采取有效的措施进行分段隔离，会使场地中污染扩散，部分区域产生二次污染。
而在现阶段，国内外进行场地调查工作的过程中很少能做到污染隔离，有效的隔离有利于调查的准确性及对环境的保护，所以亟需一种防止二次污染的污染场地钻探方法，该方法的发明有利于保障场地调查工作的准确性及有效防止场地调查过程中的交叉污染，有效控制调查过程中造成的污染扩散，并快速有效的实现水土采样的一体化。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种水土一体化采样装置，该采样装置通过将液压油缸装置和旋转动力装置集成安装于可移动式平台上以实现静压与旋压，同时通过将外套管与钻杆同轴安装以在取土样、水样过程中有效隔离污染。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种水土一体化采样装置，其特征在于所述采样装置包括可移动式平台，所述可移动式平台上设置有两组竖向设置的液压油缸装置，两组所述液压油缸装置之间通过水平横梁连接，所述水平横梁上设置有旋转动力装置，所述旋转动力装置上同轴可拆卸式安装有外套管以及位于所述外套管中的钻杆或地下水监测井管。
所述可移动式平台上具有可供所述外套管以及所述钻杆穿越的通孔。
所述钻杆的前端部可拆卸式连接有一内管取样器，所述内管取样器的外径与所述外套管的内径相适配。
所述内管取样器为压入式取样器，包括一中空的取土筒体，所述取土筒体的前端部具有锥形取土口、后端部具有用于连接所述钻杆的螺纹杆，其中，所述取土筒体内壁面上贴合设置有一薄型卷筒。
所述内管取样器为螺旋式取样器，包括一中空的取土筒体，所述取土筒体的前端部具有锥形取土口、后端部具有用于连接所述钻杆的螺纹杆，其中，所述取土筒体外壁面上具有螺旋叶片，所述螺旋叶片的外径与所述外套管的内径相适配，所述取土筒体内壁面上贴合设置有一薄型卷筒。
所述水平横梁上设置有限位托架，所述限位托架安装于所述旋转动力装置的正下方，所述限位托架上具有与所述外套管相适配的导向孔，所述导向孔的缘部具有可自由卡接所述外套管或所述钻杆的装置。
两组所述液压油缸装置之间通过上、下两根所述水平横梁连接，位于上方的所述水平横梁上设置有旋转动力装置，位于下方的所述水平横梁上具有与所述外套管相适配的导向孔，所述导向孔位于所述旋转动力装置的正下方，所述导向孔的缘部具有可自由卡接所述外套管或所述钻杆的装置。
所述液压油缸装置包括固定套管、油缸以及滑动套管，其中，所述固定套管竖向固定安装于所述可移动式平台上，所述油缸安装于所述固定套管中作竖直方向上的升降运动，所述滑动套管套装于所述固定套管的外侧并与所述油缸顶端相固定。
所述油缸经油压管线依次与设置于所述可移动式平台上的操控台和动力装置相连接。
所述可移动式平台的四角设置有平衡装置，所述平衡装置经油压管线依次与设置于所述可移动式平台上的操控台和动力装置相连接。
本发明的优点是，采样装置结构简单，通过外套管的设置可实现土壤分层采样时有效的污染隔离，并快速建设地下水监测井，实现快速取样；相对于传统的取样建井方法，该采样装置取样时更具针对性，实施便捷、周期短等优点，具有良好的技术优势与应用前景。
附图说明
图1为本发明中水土一体化采样设备的结构示意图；
图2为本发明中外套管进行接长时的局部放大示意图；
图3为本发明中水土一体化采样设备上设置有两根水平横梁的示意图；
图4为本发明中螺旋式内管取样器结构示意图；
图5为本发明中压入式内管取样器结构示意图；
图6为本发明中将外套管压入至土体中取样深度以上位置的示意图；
图7为本发明中将外套管中土体进行清空的示意图；
图8为本发明中将内管取样器钻进至取样深度位置进行土壤取样的示意图；
图9为本发明中将外套管压入至土体中取样深度位置的示意图；
图10为本发明中将内管取样器中所采土壤样品上提取出的示意图；
图11为本发明中在外套管中设置地下水监测井管的示意图；
图12为本发明中在外套管与土体间隙中填充设置滤水层和止水层的示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-12，图中标记1-23分别为：钻杆1、内管取样器2、外套管3、地下水监测井管4、止水层5、滤水层6、液压油缸装置7、升降杆8、固定套筒9、连接套筒10、水平横梁11、旋转动力装置12、限位托架13、操控台14、动力装置15、可移动式平台16、油压管线接口17、履带18、卡接装置19、螺纹杆20、取土筒体21、螺旋叶片22、锥形取土口23。
实施例：本实施例具体涉及一种水土一体化采样装置，用于隔离污染并分层采集场地中的土壤样品和地下水样品。
如图1所示，本实施例中的采样装置包括一可移动式平台16，通过其下方的履带18实现在场地上的自由移动走行，且在可移动式平台16的下表面四个角上设置有平衡装置（图中未示出），用于当可移动式平台16静止后调节平台整体的稳定性；在可移动式平台16上竖向设置有两组间隔一定距离的液压油缸装置7，两组液压油缸装置7之间通过水平横梁11连接，也就是说，水平横梁11可随液压油缸装置7作同步升降；此外，在水平横梁11的中部固定设置有一旋转动力装置12，该旋转动力装置12上具有可供不同组件连接的安装位，并具体在上述安装位上同轴安装外套管3以及钻杆1，外套管3在外、钻杆1在内，此外，在地下水取样阶段，旋转动力装置12上还同轴安装有地下水监测井管4；在旋转动力装置12正下方的可移动式平台上相应开设有一可供外套管3、钻杆1以及地下水监测井管4贯穿的通孔（图中未示出）。
如图1、4、5所示，钻杆1的前端部螺纹连接有一内管取样器2，该内管取样器2可以是采用高强度钢材的螺旋式取样器或压入式取样器：
如图4所示，螺旋式取样器包括中空的取土筒体21，取土筒体21的前端部具有锥形取土口23、后端部具有螺纹杆20，锥形取土口23可有利于在土体中钻进和取土，螺纹杆20则用于同钻杆1之间的螺纹连接，其中，在取土筒体21的外壁面上设置有螺旋叶片22，螺旋叶片22的外径同外套管3的内壁面相适配，螺旋叶片22除了便于钻进之外，还能够在回旋上提过程中将土体从外套管3中带出；此外，取土筒体21是由两片半圆柱形的合页拼合而成的，这种合页式的结构可便于将筒体中的土体在采样完成后完整取出。除此之外，在使用前，可以在取土筒体21的内壁面上贴合设置一薄型卷筒（图中未示出），该薄型卷筒可以是由无污染且耐腐蚀的材质组成，例如是由一铁皮卷曲而成，在取土过程中，土样将进入取土筒体21中的薄型卷筒中，当拆开取土筒体21取土样时，只需将薄型卷筒的铁皮展开即可，通过薄型卷筒的设置可避免土体粘附于取土筒体21的内壁上，减少了对于取土筒体21的清洗工作。
如图5所示，压入式取样器包括中空的取土筒体21，取土筒体21的前端部具有锥形取土口23、后端部具有螺纹杆20，取土筒体21的外径同外套管3的内壁面相适配，所有外套管3中的土体均可通过取土筒体21取出。
如图1、2所示，在水平横梁11的下方还设置有限位托架13，限位托架13起到限位导向以及临时承托的作用；限位托架13的主体位于旋转动力装置12的下方且其两端弯折以同水平横梁11相固定，限位托架13上还开设有供外套管3贯穿的导孔（图中未示出），导孔的缘部设置有用于可夹持卡接外套管3或钻杆1的卡接装置19；当外套管3进行接长时，将位于土体中的第一节外套管3与旋转动力装置12解除连接，并通过液压油缸装置7驱动水平横梁11上升一定高度，之后将第二节外套管3自下而上穿入导孔，并通过在外套管3的外壁面上设置卡接装置19使其临时承托于限位托架13导孔的缘部上，从而便于第二节外套管3同第一节外套管3之间的连接以及同旋转动力装置12之间的连接。需要说明的是，限位托架13的结构形式并不唯一，当然也可以采用如图3所示的形式，即直接在水平横梁11的下方再行设置一根水平横梁11，同样在该水平横梁11上相对应的位置处开设一导孔供外套管3或钻杆1贯穿。
如图1所示，本实施例中的液压油缸装置7包括固定套筒9、升降杆8以及连接套筒10，其中，固定套筒9竖向固定安装于可移动式平台16上，升降杆8安装在固定套筒9中作竖直方向上的升降运动，而连接套筒10则套装于固定套筒9的外侧并与升降杆8的顶端相固定，其中，连接套筒10和固定套筒9的形状不唯一，可以是圆形或方形，水平横梁11的两端具体连接固定在连接套筒10的外壁面上。升降杆8底端的油压管线接口17用于连接油压管线，以通过油压管线依次同控制装置14和动力装置15相连接；其中，控制装置14以及动力装置15均安装于可移动式平台16上，除液压油缸装置7之外，前述的平衡装置以及旋转动力装置12也通过油压管线同控制装置14和动力装置15相连接；操控台15用于发送操作指令，而动力装置15则根据操作指令向液压油缸装置7、旋转动力装置12以及平衡装置提供相应的动力。
如图1-12所示，利用本实施例中采样装置进行土壤采样和地下水采样的方法包括以下步骤：
（1）如图1所示，将采样装置移动至土壤和地下水采样点的地面上，去除表面杂填土；
（2）如图1、6所示，在旋转动力装置12上同轴安装钻杆1和外套管3，钻杆1位于外套管3中并处于最小行程，且在钻杆1的前端部安装有内管取样器2；控制液压油缸装置7下压从而经水平横梁11带动外套管3压入至土体中取样深度的以上位置；
（3）如图1、7所示，待外套管3压入至土体中取样深度的以上位置后，液压油缸装置7停止工作，启动旋转动力装置12，通过钻杆1带动内管取样器2向下钻进至外套管3的底端，之后内管取样器2再反向旋转上提带出土体，待内管取样器2上提至最小行程后，使旋转动力装置12与外套管3上端部解除连接，通过液压油缸装置7带动水平横梁11及其上的旋转动力装置12和内管取样器2上提，当内管取样器2完全脱出外套管3后，将其所带出的土体进行清空，使外套管3中的土体被完全清除；之后再次通过液压油缸装置7带动水平横梁11及其上的旋转动力装置12和内管取样器2下降，并使外套管3的上端部再次与旋转动力装置12连接锁定；
（4）如图1、4、8、9所示，待完成对外套管3内的土体清空作业之后，液压油缸装置7停止工作，再次启动旋转动力装置12，通过钻杆1带动内管取样器2向下钻进至土体中的取样深度，向下钻进过程中，取样深度范围内的土体进入内管取样器2的取土筒体21中，也就是说，内管取样器2完成土壤取样；之后，启动液压油缸装置7下压外套管3直至取样深度位置；
（5）如图1、9、10所示，待外套管3压入至取样深度以后，启动旋转动力装置12，钻杆1回旋上提内管取样器2，待内管取样器2上提至最小行程后，使旋转动力装置12与外套管3上端部解除连接，通过液压油缸装置7带动水平横梁11及其上的旋转动力装置12和内管取样器2上提，当内管取样器2完全脱出外套管3后，将内管取样器2从钻杆1上拆卸下，并从内管取样器2中将土壤样品完整取出；
（6）如图1-10所示，接长外套管3以及钻杆1的长度，重复步骤2-5直至不同取样深度的土壤样品取样完成；
（7）如图1、11所示，将外套管3与旋转动力装置12之间脱开，在旋转动力装置12上设置一根地下水监测井管4，并将其置入外套管3中；
（8）如图1、11、12所示，待地下水监测井管4放置完毕后，将其同旋转动力装置12之间脱开，并将外套管3与旋转动力装置12之间进行连接，通过液压油缸装置7缓慢拔出外套管3，此时土体中只留有地下水监测井管4，在地下水监测井管4外壁面与土体之间的间隙中填入石英砂作为滤水层6，滤水层6位于取样深度；同时填入粘土或膨润土作为止水层5，止水层5位于土体中的非取样深度范围内；
（9）清洗地下水监测井管4，待地下水恢复后，将地下水取样器放入地下水监测井管4中的取样深度处进行水样采集。
需要说明的是，本实施例中外套管3在土体中分步下压到取样深度的目的在于防止将上层的污染带至取样深度范围内的土体中，具体原因为：在将外套管3压入土体的过程中，外套管3的内壁与管内土体之间将会产生一条细小的缝隙，在对外套管3中的土体进行清除的过程中，钻杆1上的机油等污染液体将会顺该缝隙向下渗流；若直接将外套管3一次性压入至取样深度范围内的话，那么在对取样深度上方的土体进行清除的过程中，钻杆1上的机油以及上方土体中的污染液体将会沿着该缝隙留到取样深度范围内的土体中，造成待取样土体的二次污染，影响检测结果；因此本实施例中将外套管3分两步压入到取样深度，第一次压入到取样深度以上位置，这样上部的机油和污染液体无法快速渗流到下方取样深度范围内的土体中。
本实施例中采样装置的有益效果为：（1）通过外套管的设置，可隔离污染，阻断内外水力联系，防止定深取土过程中管内所产生的污染物（例如钻杆上的机油等）扩散到管外土体中影响地下水，造成二次污染；（2）外套管的分步下压能够确保上部土体中的污染物不会扩散到下部取样深度范围内的土体中；（3）外套管能够在采样过程中提供稳定的护壁作用，防止孔洞坍塌，实现快速建井取水样。
Claims (3)
1.一种水土一体化采样装置，其特征在于所述采样装置包括可移动式平台，所述可移动式平台上设置有两组竖向设置的液压油缸装置，两组所述液压油缸装置之间通过水平横梁连接，所述水平横梁上设置有旋转动力装置，所述旋转动力装置上同轴可拆卸式安装有外套管以及位于所述外套管中的钻杆或地下水监测井管；
所述可移动式平台上具有可供所述外套管以及所述钻杆穿越的通孔；所述钻杆的前端部可拆卸式连接有一内管取样器，所述内管取样器的外径与所述外套管的内径相适配；所述水平横梁上设置有限位托架，所述限位托架安装于所述旋转动力装置的正下方，所述限位托架上具有与所述外套管相适配的导向孔，所述导向孔的缘部具有可自由卡接所述外套管或所述钻杆的装置；
所述内管取样器为螺旋式取样器，包括一中空的取土筒体，所述取土筒体的前端部具有锥形取土口、后端部具有用于连接所述钻杆的螺纹杆，其中，所述取土筒体外壁面上具有螺旋叶片，所述螺旋叶片的外径与所述外套管的内径相适配，所述取土筒体内壁面上贴合设置有一薄型卷筒；
所述液压油缸装置包括固定套筒、升降杆以及连接套筒，其中，所述固定套筒竖向固定安装于所述可移动式平台上，所述升降杆安装于所述固定套筒中作竖直方向上的升降运动，所述连接套筒套装于所述固定套筒的外侧并与所述油缸顶端相固定。
2.根据权利要求1所述的一种水土一体化采样装置，其特征在于所述升降杆经油压管线依次与设置于所述可移动式平台上的操控台和动力装置相连接。
3.根据权利要求1所述的一种水土一体化采样装置，其特征在于所述可移动式平台的四角设置有平衡装置，所述平衡装置经油压管线依次与设置于所述可移动式平台上的操控台和动力装置相连接。
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