本實用新型屬于環(huán)境巖土工程技術領域，具體涉及一種水土一體化采樣裝置。

背景技術：

隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市化水平得到不斷提高，環(huán)境污染卻日益嚴重，嚴重破壞生態(tài)系統(tǒng)，影響了人類的生活質量和身體健康。在污染場地再開發(fā)的過程中，為預防和控制土壤與地下水污染而引發(fā)的建設場地生態(tài)事故和建設工程安全事故，全面而準確的場地調查顯得十分重要。

目前，污染場地調查主要依靠30型鉆機、百米鉆機以及Geoprobe鉆機等設備，在鉆設過程中，上述設備可能會將表層或淺層的污染帶入深層，沒有做到污染隔離，在場地調查過程中需要進行大面積鉆探取樣，如果不采取有效的措施進行分段隔離，會使場地中污染擴散，部分區(qū)域產(chǎn)生二次污染。

而在現(xiàn)階段，國內(nèi)外進行場地調查工作的過程中很少能做到污染隔離，有效的隔離有利于調查的準確性及對環(huán)境的保護，所以亟需一種防止二次污染的污染場地鉆探方法，該方法的實用新型有利于保障場地調查工作的準確性及有效防止場地調查過程中的交叉污染，有效控制調查過程中造成的污染擴散，并快速有效的實現(xiàn)水土采樣的一體化。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術的不足之處，提供一種水土一體化采樣裝置，該采樣裝置通過將液壓油缸裝置和旋轉動力裝置集成安裝于可移動式平臺上以實現(xiàn)靜壓與旋壓，同時通過將外套管與鉆桿同軸安裝以在取土樣、水樣過程中有效隔離污染。

本實用新型目的實現(xiàn)由以下技術方案完成：

一種水土一體化采樣裝置，其特征在于所述采樣裝置包括可移動式平臺，所述可移動式平臺上設置有兩組豎向設置的液壓油缸裝置，兩組所述液壓油缸裝置之間通過水平橫梁連接，所述水平橫梁上設置有旋轉動力裝置，所述旋轉動力裝置上同軸可拆卸式安裝有外套管以及位于所述外套管中的鉆桿或地下水監(jiān)測井管。

所述可移動式平臺上具有可供所述外套管以及所述鉆桿穿越的通孔。

所述鉆桿的前端部可拆卸式連接有一內(nèi)管取樣器，所述內(nèi)管取樣器的外徑與所述外套管的內(nèi)徑相適配。

所述內(nèi)管取樣器為壓入式取樣器，包括一中空的取土筒體，所述取土筒體的前端部具有錐形取土口、后端部具有用于連接所述鉆桿的螺紋桿，其中，所述取土筒體內(nèi)壁面上貼合設置有一薄型卷筒。

所述內(nèi)管取樣器為螺旋式取樣器，包括一中空的取土筒體，所述取土筒體的前端部具有錐形取土口、后端部具有用于連接所述鉆桿的螺紋桿，其中，所述取土筒體外壁面上具有螺旋葉片，所述螺旋葉片的外徑與所述外套管的內(nèi)徑相適配，所述取土筒體內(nèi)壁面上貼合設置有一薄型卷筒。

所述水平橫梁上設置有限位托架，所述限位托架安裝于所述旋轉動力裝置的正下方，所述限位托架上具有與所述外套管相適配的導向孔，所述導向孔的緣部具有可自由卡接所述外套管或所述鉆桿的裝置。

兩組所述液壓油缸裝置之間通過上、下兩根所述水平橫梁連接，位于上方的所述水平橫梁上設置有旋轉動力裝置，位于下方的所述水平橫梁上具有與所述外套管相適配的導向孔，所述導向孔位于所述旋轉動力裝置的正下方，所述導向孔的緣部具有可自由卡接所述外套管或所述鉆桿的裝置。

所述液壓油缸裝置包括固定套管、油缸以及滑動套管，其中，所述固定套管豎向固定安裝于所述可移動式平臺上，所述油缸安裝于所述固定套管中作豎直方向上的升降運動，所述滑動套管套裝于所述固定套管的外側并與所述油缸頂端相固定。

所述油缸經(jīng)油壓管線依次與設置于所述可移動式平臺上的操控臺和動力裝置相連接。

所述可移動式平臺的四角設置有平衡裝置，所述平衡裝置經(jīng)油壓管線依次與設置于所述可移動式平臺上的操控臺和動力裝置相連接。

本實用新型的優(yōu)點是，采樣裝置結構簡單，通過外套管的設置可實現(xiàn)土壤分層采樣時有效的污染隔離，并快速建設地下水監(jiān)測井，實現(xiàn)快速取樣；相對于傳統(tǒng)的取樣建井方法，該采樣裝置取樣時更具針對性，實施便捷、周期短等優(yōu)點，具有良好的技術優(yōu)勢與應用前景。

附圖說明

圖1為本實用新型中水土一體化采樣設備的結構示意圖；

圖2為本實用新型中外套管進行接長時的局部放大示意圖；

圖3為本實用新型中水土一體化采樣設備上設置有兩根水平橫梁的示意圖；

圖4為本實用新型中螺旋式內(nèi)管取樣器結構示意圖；

圖5為本實用新型中壓入式內(nèi)管取樣器結構示意圖；

圖6為本實用新型中將外套管壓入至土體中取樣深度以上位置的示意圖；

圖7為本實用新型中將外套管中土體進行清空的示意圖；

圖8為本實用新型中將內(nèi)管取樣器鉆進至取樣深度位置進行土壤取樣的示意圖；

圖9為本實用新型中將外套管壓入至土體中取樣深度位置的示意圖；

圖10為本實用新型中將內(nèi)管取樣器中所采土壤樣品上提取出的示意圖；

圖11為本實用新型中在外套管中設置地下水監(jiān)測井管的示意圖；

圖12為本實用新型中在外套管與土體間隙中填充設置濾水層和止水層的示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖通過實施例對本實用新型的特征及其它相關特征作進一步詳細說明，以便于同行業(yè)技術人員的理解：

如圖1-12，圖中標記1-23分別為：鉆桿1、內(nèi)管取樣器2、外套管3、地下水監(jiān)測井管4、止水層5、濾水層6、液壓油缸裝置7、升降桿8、固定套筒9、連接套筒10、水平橫梁11、旋轉動力裝置12、限位托架13、操控臺14、動力裝置15、可移動式平臺16、油壓管線接口17、履帶18、卡接裝置19、螺紋桿20、取土筒體21、螺旋葉片22、錐形取土口23。

實施例：本實施例具體涉及一種水土一體化采樣裝置，用于隔離污染并分層采集場地中的土壤樣品和地下水樣品。

如圖1所示，本實施例中的采樣裝置包括一可移動式平臺16，通過其下方的履帶18實現(xiàn)在場地上的自由移動走行，且在可移動式平臺16的下表面四個角上設置有平衡裝置（圖中未示出），用于當可移動式平臺16靜止后調節(jié)平臺整體的穩(wěn)定性；在可移動式平臺16上豎向設置有兩組間隔一定距離的液壓油缸裝置7，兩組液壓油缸裝置7之間通過水平橫梁11連接，也就是說，水平橫梁11可隨液壓油缸裝置7作同步升降；此外，在水平橫梁11的中部固定設置有一旋轉動力裝置12，該旋轉動力裝置12上具有可供不同組件連接的安裝位，并具體在上述安裝位上同軸安裝外套管3以及鉆桿1，外套管3在外、鉆桿1在內(nèi)，此外，在地下水取樣階段，旋轉動力裝置12上還同軸安裝有地下水監(jiān)測井管4；在旋轉動力裝置12正下方的可移動式平臺上相應開設有一可供外套管3、鉆桿1以及地下水監(jiān)測井管4貫穿的通孔（圖中未示出）。

如圖1、4、5所示，鉆桿1的前端部螺紋連接有一內(nèi)管取樣器2，該內(nèi)管取樣器2可以是采用高強度鋼材的螺旋式取樣器或壓入式取樣器：

如圖4所示，螺旋式取樣器包括中空的取土筒體21，取土筒體21的前端部具有錐形取土口23、后端部具有螺紋桿20，錐形取土口23可有利于在土體中鉆進和取土，螺紋桿20則用于同鉆桿1之間的螺紋連接，其中，在取土筒體21的外壁面上設置有螺旋葉片22，螺旋葉片22的外徑同外套管3的內(nèi)壁面相適配，螺旋葉片22除了便于鉆進之外，還能夠在回旋上提過程中將土體從外套管3中帶出；此外，取土筒體21是由兩片半圓柱形的合頁拼合而成的，這種合頁式的結構可便于將筒體中的土體在采樣完成后完整取出。除此之外，在使用前，可以在取土筒體21的內(nèi)壁面上貼合設置一薄型卷筒（圖中未示出），該薄型卷筒可以是由無污染且耐腐蝕的材質組成，例如是由一鐵皮卷曲而成，在取土過程中，土樣將進入取土筒體21中的薄型卷筒中，當拆開取土筒體21取土樣時，只需將薄型卷筒的鐵皮展開即可，通過薄型卷筒的設置可避免土體粘附于取土筒體21的內(nèi)壁上，減少了對于取土筒體21的清洗工作。

如圖5所示，壓入式取樣器包括中空的取土筒體21，取土筒體21的前端部具有錐形取土口23、后端部具有螺紋桿20，取土筒體21的外徑同外套管3的內(nèi)壁面相適配，所有外套管3中的土體均可通過取土筒體21取出。

如圖1、2所示，在水平橫梁11的下方還設置有限位托架13，限位托架13起到限位導向以及臨時承托的作用；限位托架13的主體位于旋轉動力裝置12的下方且其兩端彎折以同水平橫梁11相固定，限位托架13上還開設有供外套管3貫穿的導孔（圖中未示出），導孔的緣部設置有用于可夾持卡接外套管3或鉆桿1的卡接裝置19；當外套管3進行接長時，將位于土體中的第一節(jié)外套管3與旋轉動力裝置12解除連接，并通過液壓油缸裝置7驅動水平橫梁11上升一定高度，之后將第二節(jié)外套管3自下而上穿入導孔，并通過在外套管3的外壁面上設置卡接裝置19使其臨時承托于限位托架13導孔的緣部上，從而便于第二節(jié)外套管3同第一節(jié)外套管3之間的連接以及同旋轉動力裝置12之間的連接。需要說明的是，限位托架13的結構形式并不唯一，當然也可以采用如圖3所示的形式，即直接在水平橫梁11的下方再行設置一根水平橫梁11，同樣在該水平橫梁11上相對應的位置處開設一導孔供外套管3或鉆桿1貫穿。

如圖1所示，本實施例中的液壓油缸裝置7包括固定套筒9、升降桿8以及連接套筒10，其中，固定套筒9豎向固定安裝于可移動式平臺16上，升降桿8安裝在固定套筒9中作豎直方向上的升降運動，而連接套筒10則套裝于固定套筒9的外側并與升降桿8的頂端相固定，其中，連接套筒10和固定套筒9的形狀不唯一，可以是圓形或方形，水平橫梁11的兩端具體連接固定在連接套筒10的外壁面上。升降桿8底端的油壓管線接口17用于連接油壓管線，以通過油壓管線依次同控制裝置14和動力裝置15相連接；其中，控制裝置14以及動力裝置15均安裝于可移動式平臺16上，除液壓油缸裝置7之外，前述的平衡裝置以及旋轉動力裝置12也通過油壓管線同控制裝置14和動力裝置15相連接；操控臺15用于發(fā)送操作指令，而動力裝置15則根據(jù)操作指令向液壓油缸裝置7、旋轉動力裝置12以及平衡裝置提供相應的動力。

如圖1-12所示，利用本實施例中采樣裝置進行土壤采樣和地下水采樣的方法包括以下步驟：

（1）如圖1所示，將采樣裝置移動至土壤和地下水采樣點的地面上，去除表面雜填土；

（2）如圖1、6所示，在旋轉動力裝置12上同軸安裝鉆桿1和外套管3，鉆桿1位于外套管3中并處于最小行程，且在鉆桿1的前端部安裝有內(nèi)管取樣器2；控制液壓油缸裝置7下壓從而經(jīng)水平橫梁11帶動外套管3壓入至土體中取樣深度的以上位置；

（3）如圖1、7所示，待外套管3壓入至土體中取樣深度的以上位置后，液壓油缸裝置7停止工作，啟動旋轉動力裝置12，通過鉆桿1帶動內(nèi)管取樣器2向下鉆進至外套管3的底端，之后內(nèi)管取樣器2再反向旋轉上提帶出土體，待內(nèi)管取樣器2上提至最小行程后，使旋轉動力裝置12與外套管3上端部解除連接，通過液壓油缸裝置7帶動水平橫梁11及其上的旋轉動力裝置12和內(nèi)管取樣器2上提，當內(nèi)管取樣器2完全脫出外套管3后，將其所帶出的土體進行清空，使外套管3中的土體被完全清除；之后再次通過液壓油缸裝置7帶動水平橫梁11及其上的旋轉動力裝置12和內(nèi)管取樣器2下降，并使外套管3的上端部再次與旋轉動力裝置12連接鎖定；

（4）如圖1、4、8、9所示，待完成對外套管3內(nèi)的土體清空作業(yè)之后，液壓油缸裝置7停止工作，再次啟動旋轉動力裝置12，通過鉆桿1帶動內(nèi)管取樣器2向下鉆進至土體中的取樣深度，向下鉆進過程中，取樣深度范圍內(nèi)的土體進入內(nèi)管取樣器2的取土筒體21中，也就是說，內(nèi)管取樣器2完成土壤取樣；之后，啟動液壓油缸裝置7下壓外套管3直至取樣深度位置；

（5）如圖1、9、10所示，待外套管3壓入至取樣深度以后，啟動旋轉動力裝置12，鉆桿1回旋上提內(nèi)管取樣器2，待內(nèi)管取樣器2上提至最小行程后，使旋轉動力裝置12與外套管3上端部解除連接，通過液壓油缸裝置7帶動水平橫梁11及其上的旋轉動力裝置12和內(nèi)管取樣器2上提，當內(nèi)管取樣器2完全脫出外套管3后，將內(nèi)管取樣器2從鉆桿1上拆卸下，并從內(nèi)管取樣器2中將土壤樣品完整取出；

（6）如圖1-10所示，接長外套管3以及鉆桿1的長度，重復步驟2-5直至不同取樣深度的土壤樣品取樣完成；

（7）如圖1、11所示，將外套管3與旋轉動力裝置12之間脫開，在旋轉動力裝置12上設置一根地下水監(jiān)測井管4，并將其置入外套管3中；

（8）如圖1、11、12所示，待地下水監(jiān)測井管4放置完畢后，將其同旋轉動力裝置12之間脫開，并將外套管3與旋轉動力裝置12之間進行連接，通過液壓油缸裝置7緩慢拔出外套管3，此時土體中只留有地下水監(jiān)測井管4，在地下水監(jiān)測井管4外壁面與土體之間的間隙中填入石英砂作為濾水層6，濾水層6位于取樣深度；同時填入粘土或膨潤土作為止水層5，止水層5位于土體中的非取樣深度范圍內(nèi)；

（9）清洗地下水監(jiān)測井管4，待地下水恢復后，將地下水取樣器放入地下水監(jiān)測井管4中的取樣深度處進行水樣采集。

需要說明的是，本實施例中外套管3在土體中分步下壓到取樣深度的目的在于防止將上層的污染帶至取樣深度范圍內(nèi)的土體中，具體原因為：在將外套管3壓入土體的過程中，外套管3的內(nèi)壁與管內(nèi)土體之間將會產(chǎn)生一條細小的縫隙，在對外套管3中的土體進行清除的過程中，鉆桿1上的機油等污染液體將會順該縫隙向下滲流；若直接將外套管3一次性壓入至取樣深度范圍內(nèi)的話，那么在對取樣深度上方的土體進行清除的過程中，鉆桿1上的機油以及上方土體中的污染液體將會沿著該縫隙留到取樣深度范圍內(nèi)的土體中，造成待取樣土體的二次污染，影響檢測結果；因此本實施例中將外套管3分兩步壓入到取樣深度，第一次壓入到取樣深度以上位置，這樣上部的機油和污染液體無法快速滲流到下方取樣深度范圍內(nèi)的土體中。

本實施例中采樣裝置的有益效果為：（1）通過外套管的設置，可隔離污染，阻斷內(nèi)外水力聯(lián)系，防止定深取土過程中管內(nèi)所產(chǎn)生的污染物（例如鉆桿上的機油等）擴散到管外土體中影響地下水，造成二次污染；（2）外套管的分步下壓能夠確保上部土體中的污染物不會擴散到下部取樣深度范圍內(nèi)的土體中；（3）外套管能夠在采樣過程中提供穩(wěn)定的護壁作用，防止孔洞坍塌，實現(xiàn)快速建井取水樣。