CN220568431U - 一种土壤取样装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种土壤取样装置，本申请提供的土壤取样装置，包括用于插入土壤的护管，所述护管的下端设置有多个沿周向分布的注浆孔，所述注浆孔贯穿所述护管的外表面。预埋的护管可以作为垂向阻隔，插入的土层可以作为水平阻隔，从而改善取样时对样品的污染问题。

Description

一种土壤取样装置

技术领域

本实用新型涉及土壤分析技术领域，具体涉及一种土壤取样装置。

背景技术

在土壤污染状况调查工作中，若需要采集土壤或地下水样品，主要通过土壤钻探和地下水建井方式采集样品，采集后送至实验室分析。

以土壤钻探为例，一般情况下，土壤钻探只需钻探至隔水层上部，采集隔水层顶板以上的土壤样品，因为在地层结构中，隔水层渗透系数小于10^-6～10^-7cm/s，能有效阻止污染物迁移至下方的承压水含水层中。但是存在部分历史悠久，污染较为严重的工业遗留地块，可能随时间迁移上层污染会渗透隔水层污染下方的承压水含水层。

在对承压水含水层进行采样时，常规的方法是通过土壤采样钻机对土层钻孔取样，取样后再进行封孔来完成。但是，在钻穿隔水层的过程中，可能存在上层污染直接进入承压层含水层的风险，这样导致采取的样品遭到交叉污染，检测的结果并不可靠。不能真实反映地块承压水含水层的土壤污染情况。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种土壤取样装置，以改善取样时对样品的污染，提高采集样品检测的准确性。

本申请提供的土壤取样装置，包括用于插入土壤的护管，所述护管的下端设置有多个沿周向分布的注浆孔，所述注浆孔贯穿所述护管的外表面。

在一种具体实施方式中，所述护管的管壁具有环形中空腔，所述护管的管壁包括内管壁和外管壁，所述内管壁和所述外管壁之间形成所述环形中空腔；所述注浆孔贯穿所述外管壁。

在一种具体实施方式中，还包括注浆导管，所述护管包括封住所述环形中空腔的顶部的顶壁，所述顶壁设置有连通接口，所述注浆导管连接于所述连通接口，所述注浆导管通过所述连通接口连通所述环形中空腔。

在一种具体实施方式中，所述护管连接有多个沿周向均布的所述注浆导管。

在一种具体实施方式中，所述护管的下端设置有环形的刃脚，所述刃脚位于所述注浆孔的下方。

在一种具体实施方式中，所述土壤取样装置还包括取样部，所述取样部包括筒形的钻土件，以及取样件，所述取样件位于所述钻土件内。

本申请中的土壤取样装置，通过埋设护管作为垂向阻隔，以第一水层作为水平阻隔，施工时控制好防渗，即建立一个临时的污染阻隔隔断区，在此阻隔区内进行防止二次污染的第二水层的取样作业，即避免污染迁移入第二水层内，从而保障采样结果的可靠性。

附图说明

图1为本申请实施例中土壤取样装置的示意图；

图2为图1中护管的示意图；

图3为图1中取样部插入到承压水含水层中的示意图；

图4为图3中取样部取样完毕后，注入膨润土的示意图；

图5为本实施例中土壤取样装置取样过程的流程图。

图1-5中附图标记说明如下：

1-地面水平线；2-潜水水位线；3-潜水含水层；4-隔水层；41-顶板；42-底板；5-承压水含水层；6-取样部；61-钻土件；62-取土管；7-膨润土层；8-注浆导管；9-护管；91-注浆孔；92-刃脚；93-顶壁；9a-环形中空腔。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图1、2，图1为本申请实施例中土壤取样装置的示意图；图2为图1中护管9的示意图。

本实施例中的土壤取样装置包括护管9，如图2所述，护管9的下端设置有多个沿周向分布的注浆孔91，注浆孔91贯穿护管9的外表面，即浆液可以护管9注浆孔91注入到护管9下端外表面的附近。

具体在进行土壤取样操作时，可以先将护管9插入到土壤中，具体是根据需要插入采样的土层的上方土层，本实施例定义采样的土层为第二水层，位于第二水层之上的土层为第一土层，在本实施例中，第一水层为隔水层4、第二水层为承压水含水层5。以图1为例，土壤上表面为地面水平线1，土壤表层之下为潜水含水层3，潜水含水层3的上表面为潜水水位线2，潜水含水层3之下为隔水层4，隔水层4之下为承压水含水层5，污染一般位于隔水层4之上。本实施例中是对承压水含水层5进行采样，承压水含水层5紧邻隔水层4，且位于隔水层4的下方，则护管9可以插入到土壤的隔水层4，此时，通过注浆孔91向外侧注入浆液后，浆液可以渗入到注浆孔91附近的隔水层4中，从而形成环绕护管9一圈的连续止水带，这样可以防止隔水层4上方的污染通过护管9的外壁与隔离层4形成的缝隙进入护管9内部。

该土壤取样装置还包括取样部6，形成连续止水带以作为隔离带之后，护管9的内腔作为取样的操作空间，可以通过取样部6穿过护管9的内腔，插入到需要采样的土层，具体即图1中所示的承压水含水层5，可以取走承压水含水层5的土层样本，以作为检测使用。

可见，本实施例通过埋设护管9作为垂向阻隔，以隔水层4作为水平阻隔，施工时控制好防渗，即建立一个临时的污染阻隔隔断区，在此阻隔区内进行防止二次污染的承压水含水层5的取样作业，即避免污染迁移入承压水含水层5内，从而保障采样结果的可靠性。采样结束后，可以拔除取样部6，并进一步封堵隔水层4。

具体地，本实施例中的护管9的管壁具有环形中空腔9a，护管9的管壁包括内管壁和外管壁，内管壁和外管壁之间形成环形中空腔9a；注浆孔91贯穿外管壁。如此设置，可以直接向环形中空腔9a内注入浆液，然后浆液可以流向多个注浆孔91，这样各注浆孔91的浆液分配更为均匀，浆液向环形中空腔9a注入，也更易于操作。当然，向各个注浆孔91分别注入浆液也是可以的，护管9也不限于是设置为中空，比如可以从护管9围合形成的内腔中对注浆孔91进行供料，但本实施例中设置环形中空腔9a的注浆方式操作更为简单。

本实施例中的护管9为圆形管，具体可以是圆形钢管，圆形钢管具有所需的强度，且圆形结构利于打入土壤，可知，护管9可以是其他结构形式，例如方形管，也可以是其他金属材质制成，还可以是非金属材质，例如强度较高的塑料材质等，钢管成本较低，且强度较高，又不易受到腐蚀。另外，护管9设置出环形中空腔9a时，护管9的内径可以设计为180mm左右、外径设计为200mm左右，这样保证足够的空间注入浆液，该尺寸也便于插入土壤中，同时可保证足够的取样操作空间。当然，护管9的尺寸设计也可以根据取样需求进行相应的调整。

结合图1、2理解，本实施例中的土壤取样装置还包括注浆导管8，护管9包括封住环形中空腔9a的顶部的顶壁93，顶壁93设置有连通接口，注浆导管8连接于连通接口，这样，注浆导管8可以通过连通接口连通环形中空腔9a。通过设置注浆导管8，便于浆液向环形中空腔9a的注入，注浆导管8例如可以和注浆泵连接，注浆泵提供浆料。注浆导管8可设置承插式接口，便于和连接接口连接，这样在将护管9向土壤内插入时，可以先拆掉注浆导管8，方便施力，插入后再接入足够长度的注浆导管8，用于注浆即可。

如图2所示，护管9连接有多个沿周向均布的注浆导管8，具体是设置四个，显然，也可以是其他数量的注浆导管8。多个注浆导管8利于浆液较为快速、均匀地充入环形中空腔9a中，也就利于喷浆孔浆液的均匀、快速地喷出。

此外，图2中，本实施例中的护管9的下端还设置有环形的刃脚92，刃脚92具体设置在注浆孔91的下方，即在护管9的下端设置环形的刀刃结构，这样在插入土壤时，可以减小摩擦力，便于护管9更为顺利地插入土壤中。

本实施例中的土壤取样装置还包括取样部6，取样部6包括筒形的钻土件61，以及取样件62，其中，取样件62位于筒形的钻土件61内。取样部6可以是螺旋钻具、取土器或者土壤采样钻具，螺旋钻具、取土器或者土壤采样钻具，都是已有的器具，具体结构不再展开描述。

可继续结合图3、4理解，图3为图1中取样部6插入到承压水含水层5中的示意图；图4为图3中取样部6取样完毕后，注入膨润土的示意图，膨润土具有膨胀和吸附性能；图5为本实施例中土壤取样装置取样过程的流程图。

本实施例中土壤取样方法的过程如下：

首先，将护管9插入土壤的隔水层4，护管9具体可以由打桩机打入土壤中。

然后，通过注浆孔91向护管9下端处的隔水层4注入浆料，浆料可以是旱强水泥浆，包括水、水泥、旱强剂和防漏外掺料。

具体地，即通过注浆导管8向环形中空腔9a内提供浆液，再从注浆孔91向外侧的隔水层4注入，形成环形的连续止水带。可以根据地层情况确定注浆压力、注浆量。大多数隔水层4为粘土层，可采用高压注浆泵，通过劈裂注浆阀注浆，对应注浆压力可以约为0.2～0.3MPa，注浆量Q可按照下列公式计算：

单根注浆导管8的注浆量计算公式：Q＝πR²LηαβN。

式中：Q-注浆量m³；R-浆液扩散半径m；L-注浆长度m；η-地层空隙率；α-地层填充系数；β-浆液消耗系数；N-单根注浆导管8对应的有效注浆孔91数。

通过上述公式计算获得注浆量Q，注入的浆液可以满足渗透至护管9周围的隔水层4的要求。注浆之后，护管9围合的空间已经形成污染阻隔的隔离空间，此时可以通过取样部6穿过护管9，向隔水层4下方的承压水含水层5进行取样操作。

需要说明的是，本实施例的土壤取样装置在取样过程中以及取样之后，还可以注入膨润土，以进一步减少或避免取样土壤被污染。

如图1所示，当护管9插入隔水层4并进行浆液注入后，可以清理护管9的内腔，并向护管9内注入膨润土形成第一膨润土层7。这里定义隔水层4的上表面为顶板41，下表面为底板42，则第一膨润土层7位于护管9的下端，且位于隔水层4的顶板41位置。此处的第一膨润土层7主要作用是对护管9下端的内壁和隔水层4之间的缝隙进行密封，进一步防止污染迁移。在清理护管9时，可以清理到隔水层4顶板41以下一定距离，比如清理到顶板41以下10mm左右，第一膨润土层7高度高于隔水层4，比如可以高10mm左右，即第一膨润土层7的高度在20mm左右，当然也可以是其他高度，比如整体高度在10～20mm，形成的第一膨润土层7部分位于隔水层4的顶板41之上，部分位于隔水层4的顶板41之下即可。如图3所示，注入膨润土后，形成一层较薄的第一膨润土层7，取样部6可以穿过第一膨润土层7后再依次插入隔水层4、承压水含水层5。

具体地，本实施例中的取样部6可以是土壤采样钻机，钻土件61为钻杆，钻杆连接钻头，取样件为取土管62，取土管62跟随钻杆插入土壤中，插入至隔水层4顶板41位置的第一膨润土层7处，并继续钻进隔水层4、承压水含水层5，钻入承压水含水层5预定深度后，取土管62可以采集承压水含水层5中的土壤样品。取样部6钻入土壤过程中，宜少钻多提，每次钻进深度不易大于0.5m，以便取样部6的顺利地不断钻入。

本实施例中在取样结束后，还对护管9内的隔水层4进行封堵处理。如图4所示，土壤样品采集完成后，继续使用土壤采样钻机，静力缓慢提升作为钻土件61的钻杆，在提升至隔水层4底板42时，拔出取土管62，往钻杆内注入膨润土，直至注入的膨润土厚度不小于隔水层4厚度时(可以略大于隔水层4的厚度，例如和第一膨润土层7平齐)，停止加入膨润土，膨润土可以封堵隔水层4，最后拔出钻杆。图4中，注入的膨润土可定义为第二膨润土层10，第二膨润土层封住隔水层4由取样部6钻孔取样时产生的孔道，这样可以避免隔水层4上方的污染物由该孔道迁移到承压水含水层5中造成污染扩大。在注入膨润土时，具体可以是一边加入膨润土，一边提升钻土件61，这样可以保证膨润土可以较好地封堵孔道，不留缝隙。

取样部6获取的土壤样品可以送至实验室分析检测后，根据检测分析结果，将护管9拔出、回收，即如果土壤样品可以满足分析检测要求，不再需要继续取样，可以拔出护管9，如果根据检测结果，还需要继续采样，则护管9可以继续充当污染阻隔隔断区的构件。

上述土壤取样方法过程中，注入形成第一膨润土层7之前，需要对护管9的内腔进行清理，清理时，可以采用取土器或螺旋钻具等清除护管9内的土壤，同时还抽出潜水含水层3的地下水。为了更为彻底地清除，可以通过取土器、螺旋钻具等工具进行初步清除后，抽取地下水后，再次注入清水进行二次清孔，然后再次抽出泥浆，以清除附壁的污染土及地下沉渣土。

本实施例中提供的土壤取样装置和土壤取样方法，不限于取样承压水含水层5的土壤样品，也可以是其他土层，即第二土层也可以是其他土层，取出的样本也不限于是土壤，也可以是土壤中的地下水等。在取样时，通过护管9作为垂向阻隔、护管9插入的最低土层作为水平阻隔，即可建立阻隔隔断区。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种土壤取样装置，其特征在于，包括用于插入土壤的护管，所述护管的下端设置有多个沿周向分布的注浆孔，所述注浆孔贯穿所述护管的外表面；所述护管的管壁具有环形中空腔，所述护管的管壁包括内管壁和外管壁，所述内管壁和所述外管壁之间形成所述环形中空腔；所述注浆孔贯穿所述外管壁。

2.根据权利要求1所述的土壤取样装置，其特征在于，还包括注浆导管，所述护管包括封住所述环形中空腔的顶部的顶壁，所述顶壁设置有连通接口，所述注浆导管连接于所述连通接口，所述注浆导管通过所述连通接口连通所述环形中空腔。

3.根据权利要求2所述的土壤取样装置，其特征在于，所述护管连接有多个沿周向均布的所述注浆导管。

4.根据权利要求1所述的土壤取样装置，其特征在于，所述护管的下端设置有环形的刃脚，所述刃脚位于所述注浆孔的下方。

5.根据权利要求1-4任一项所述的土壤取样装置，其特征在于，所述土壤取样装置还包括取样部，所述取样部包括筒形的钻土件，以及取样件，所述取样件位于所述钻土件内。