錘擊組件的結(jié)構(gòu)采樣器在含重金屬底泥采取率中的實(shí)踐應(yīng)用

劉建章

（山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)大隊(duì)（山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院），山東 濰坊 261000）

1 現(xiàn)有含重金屬底泥采樣技術(shù)的不足

現(xiàn)有的底泥采樣器主要存在以下問題：第一是現(xiàn)有柱狀采樣器的管徑一般為3cm～4cm，導(dǎo)致取出樣品的質(zhì)量過小，取樣的效率低，一次取樣所取出樣品的質(zhì)量并不能滿足重金屬分析所需，而且管徑過小，在推進(jìn)過程中非常容易破壞原狀樣的結(jié)構(gòu)，無法得到準(zhǔn)確的試驗(yàn)結(jié)果；第二是目前市場(chǎng)上的取土采樣器大多靠單純的人工下壓，當(dāng)遇到底部土樣較硬時(shí)，單純靠人工下壓取土管切土困難，取土管無法沉入到預(yù)定的取樣深度進(jìn)行取樣，且提管非常困難[1]。

2 錘擊式底泥采樣器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1為錘擊式底泥采樣器的結(jié)構(gòu)示意圖，包括滑動(dòng)安裝在一起的取樣品管1和錘擊組件；取土管1的一端設(shè)有一斜切面2，取土管1的另一端設(shè)有一與取土管1同軸設(shè)置的錘擊座3，錘擊座3上轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有一用于將取土管1內(nèi)的土樣分檔推出的分檔器4。錘擊座3側(cè)壁上固定有兩個(gè)掛耳17，兩根連接桿9分別轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于對(duì)應(yīng)掛耳17上。圖3為錘擊座的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1中A處的結(jié)構(gòu)放大圖，取樣品管1設(shè)置有斜切面2一端的管壁上設(shè)有一向內(nèi)傾斜的收口12。收口12的傾斜角度為5°，取消了現(xiàn)有底泥采樣器內(nèi)的止回花瓣，加大了取土管的入土深度，在達(dá)到預(yù)定的取樣深度后再繼續(xù)往下加深0.3m，向內(nèi)5°的收口有利于帶土，保證取土管取樣完成且能順利將土樣帶出。如圖2中a表示的收口的傾斜角度，即a=5°。取土管1的內(nèi)徑為10cm。現(xiàn)有底泥采樣器的管徑一般在3cm-4cm，本實(shí)用新型將取土管的直徑增大到10cm，極大地增加了取土管一次取樣所取到土樣的質(zhì)量，解決了取樣數(shù)量少而無法滿足金屬分析所需的問題，有效提高了取樣的效率。

取樣品管的一端設(shè)有斜切面，在取樣品管向下移動(dòng)時(shí)取土管端部的斜切面更有利于切土，使取樣品管更容易向下沉入底泥內(nèi)，使得取土管可以順利達(dá)到預(yù)定的取樣深度，提高了錘擊式底泥取土采樣器的取樣質(zhì)量；取土管的另一端設(shè)有錘擊座，錘擊座與錘擊組件的重力錘相適配，增加了錘擊時(shí)重力錘與取土管之間的接觸面積，保證重力錘可順利多次對(duì)取土管進(jìn)行錘擊下沉，避免出現(xiàn)重力錘將取土管錘擊損壞或者取土管傾斜的情況；錘擊座上轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有一分檔器，在取樣完成后，工作人員可將撬棍插入到分檔器不同的分檔區(qū)內(nèi)來推動(dòng)活塞桿，來將土樣從取土管內(nèi)分檔取出[2]。

圖1 錘擊式底泥采樣器的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 A處的結(jié)構(gòu)放大圖

圖3 錘擊座的結(jié)構(gòu)示意圖

3 錘擊組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖3為錘擊組件的結(jié)構(gòu)示意圖，包括滑動(dòng)安裝于取土管1內(nèi)的錘桿5，錘桿5伸出取土管1的一端固定有一重力錘6，重力錘6的中部和錘桿5的中部共同貫穿設(shè)有一滑動(dòng)腔7，滑動(dòng)腔7內(nèi)滑動(dòng)安裝有一與錘桿5固定在一起的活塞器8。錘桿5側(cè)壁上設(shè)有一第一固定孔15，活塞桿13上設(shè)有若干個(gè)與第一固定孔15相適配的第二固定孔16，第一固定孔15通過一銷軸與對(duì)應(yīng)第二固定孔16固定在一起。工作人員可根據(jù)需要到達(dá)的預(yù)定取樣深度來調(diào)整錘桿在活塞桿上的相對(duì)位置。采用的錘擊式的取土管下壓方式，解決了單純靠人力下壓的取土管下壓方式，有效保證取土管可以沉入到預(yù)定深度進(jìn)行取樣，降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

4 分檔器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

分檔器4包括兩根相互平行且轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于錘擊座3上的連接桿9，兩根連接桿9上共同固定有若干根相互平行的分檔桿10，每一分檔桿10均垂直于連接桿9，每相鄰兩分檔桿10之間均形成一分檔區(qū)11，在本實(shí)施例中，每相鄰兩分檔桿10之間的距離為10cm。

活塞器8包括滑動(dòng)安裝于滑動(dòng)腔7內(nèi)的活塞桿13，活塞桿13的一端設(shè)置有一滑動(dòng)安裝于取土管1內(nèi)的橡膠活塞14，在本實(shí)施例中，橡膠活塞14的直徑與取土管1的內(nèi)徑相同，而且活塞桿13的長(zhǎng)度是可以接長(zhǎng)的。

5 底泥取土采樣點(diǎn)的選取

根據(jù)調(diào)查情況，結(jié)合場(chǎng)地分區(qū)并根據(jù)測(cè)量做出的地形圖和測(cè)量檢測(cè)的斷面，每個(gè)檢測(cè)斷面上布設(shè)2個(gè)取樣點(diǎn)，其中河中心布設(shè)一個(gè)取樣點(diǎn)，由此點(diǎn)垂直河流中心線偏移4.5m布設(shè)另一個(gè)取樣點(diǎn)，相鄰兩個(gè)檢測(cè)斷面按偏移4.5m和-4.5m交替進(jìn)行。用木樁在每一個(gè)取樣點(diǎn)做標(biāo)記，采集每個(gè)取樣點(diǎn)的高程和坐標(biāo)，并為取樣位置做出標(biāo)記，采取底泥柱狀樣。共布設(shè)190個(gè)檢測(cè)斷面，380個(gè)取樣點(diǎn)。通過現(xiàn)場(chǎng)資料調(diào)查和對(duì)污染源的調(diào)查了解，污染深度約為0.4m左右，從而確定取樣深度為0.5m～1.0m。將樣品送至實(shí)驗(yàn)室后，首先選取河段上間隔1000m檢測(cè)斷面上的兩個(gè)柱狀樣分層樣品檢測(cè)8種重金屬（Cu、Zn、As、Cd、Hg、Pb、Cr、Ni），共計(jì)選取8個(gè)斷面，16個(gè)柱狀樣；實(shí)驗(yàn)室對(duì)Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Ni采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定，Hg、As采用原子熒光法測(cè)定，待確定污染因子種類后，再對(duì)剩余柱狀樣進(jìn)行檢測(cè)分析，進(jìn)一步核實(shí)污染因子，并確定底泥柱狀樣品污染層厚度（即底泥界面至底泥最底污染分層間的厚度）[3]。

6 錘擊式底泥采樣器的使用方法如下

第一步，根據(jù)預(yù)定的取樣深度，來選擇錘桿5與活塞桿13之間的相對(duì)位置，調(diào)整好之后將銷軸插入到第一固定孔15和對(duì)應(yīng)的第二固定孔16內(nèi)，使活塞桿13與錘桿5固定在一起。

第二步，將取土管1設(shè)置有斜切面2的一端豎直插入到底泥內(nèi)，然后用手將重力錘6和錘桿5向上抽出使重力錘6遠(yuǎn)離錘擊座3，松開手后重力錘6在重力的作用下向下砸向錘擊座3，錘擊座3在重力錘6向下的錘擊作用下帶動(dòng)取土管1向下不斷沉入底泥內(nèi)，當(dāng)取土管1沉入到預(yù)定的深度取到土樣后，工作人員可握住錘擊座3上的兩個(gè)掛耳17將取土管1從底泥內(nèi)向上提出。

第三步，將取土管1提出底泥后，把活塞桿13與錘桿5上的銷軸取下，調(diào)整錘桿5與活塞桿13之間的相對(duì)位置，調(diào)整好之后再使用銷軸將活塞桿13與錘桿5固定在一起，然后使用撬棍插入到對(duì)應(yīng)的分檔區(qū)11內(nèi)推動(dòng)活塞桿13移動(dòng)，橡膠活塞14在活塞桿13的推動(dòng)作用下將取土管1內(nèi)取到的土樣分檔推出。

7 結(jié)語

錘擊式底泥采樣器，采用錘擊式的取土管1下壓方式，有效保證了取土管1可以沉入到預(yù)定深度進(jìn)行取樣，同時(shí)增大了取土管1的管徑，解決了取樣數(shù)量少而無法滿足金屬分析所需的問題，提高了取樣的效率。