錘擊組件的結構采樣器在含重金屬底泥采取率中的實踐應用

劉建章

（山東省地質礦產勘查開發局第四地質大隊（山東省第四地質礦產勘查院），山東 濰坊 261000）

1 現有含重金屬底泥采樣技術的不足

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

2 錘擊式底泥采樣器的結構設計

圖1為錘擊式底泥采樣器的結構示意圖，包括滑動安裝在一起的取樣品管1和錘擊組件；取土管1的一端設有一斜切面2，取土管1的另一端設有一與取土管1同軸設置的錘擊座3，錘擊座3上轉動安裝有一用于將取土管1內的土樣分檔推出的分檔器4。錘擊座3側壁上固定有兩個掛耳17，兩根連接桿9分別轉動安裝于對應掛耳17上。圖3為錘擊座的結構示意圖。

圖2為圖1中A處的結構放大圖，取樣品管1設置有斜切面2一端的管壁上設有一向內傾斜的收口12。收口12的傾斜角度為5°，取消了現有底泥采樣器內的止回花瓣，加大了取土管的入土深度，在達到預定的取樣深度后再繼續往下加深0.3m，向內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的內徑為10cm。現有底泥采樣器的管徑一般在3cm-4cm，本實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量，解決了取樣數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。

取樣品管的一端設有斜切面，在取樣品管向下移動時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，使得取土管可以順利達到預定的取樣深度，提高了錘擊式底泥取土采樣器的取樣質量；取土管的另一端設有錘擊座，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取土管進行錘擊下沉，避免出現重力錘將取土管錘擊損壞或者取土管傾斜的情況；錘擊座上轉動安裝有一分檔器，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內來推動活塞桿，來將土樣從取土管內分檔取出[2]。

圖1 錘擊式底泥采樣器的結構示意圖

圖2 A處的結構放大圖

圖3 錘擊座的結構示意圖

3 錘擊組件的結構設計

圖3為錘擊組件的結構示意圖，包括滑動安裝于取土管1內的錘桿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的中部共同貫穿設有一滑動腔7，滑動腔7內滑動安裝有一與錘桿5固定在一起的活塞器8。錘桿5側壁上設有一第一固定孔15，活塞桿13上設有若干個與第一固定孔15相適配的第二固定孔16，第一固定孔15通過一銷軸與對應第二固定孔16固定在一起。工作人員可根據需要到達的預定取樣深度來調整錘桿在活塞桿上的相對位置。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定深度進行取樣，降低了工作人員的勞動強度。

4 分檔器的結構設計

分檔器4包括兩根相互平行且轉動安裝于錘擊座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11，在本實施例中，每相鄰兩分檔桿10之間的距離為10cm。

活塞器8包括滑動安裝于滑動腔7內的活塞桿13，活塞桿13的一端設置有一滑動安裝于取土管1內的橡膠活塞14，在本實施例中，橡膠活塞14的直徑與取土管1的內徑相同，而且活塞桿13的長度是可以接長的。

5 底泥取土采樣點的選取

根據調查情況，結合場地分區并根據測量做出的地形圖和測量檢測的斷面，每個檢測斷面上布設2個取樣點，其中河中心布設一個取樣點，由此點垂直河流中心線偏移4.5m布設另一個取樣點，相鄰兩個檢測斷面按偏移4.5m和-4.5m交替進行。用木樁在每一個取樣點做標記，采集每個取樣點的高程和坐標，并為取樣位置做出標記，采取底泥柱狀樣。共布設190個檢測斷面，380個取樣點。通過現場資料調查和對污染源的調查了解，污染深度約為0.4m左右，從而確定取樣深度為0.5m～1.0m。將樣品送至實驗室后，首先選取河段上間隔1000m檢測斷面上的兩個柱狀樣分層樣品檢測8種重金屬（Cu、Zn、As、Cd、Hg、Pb、Cr、Ni），共計選取8個斷面，16個柱狀樣；實驗室對Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Ni采用電感耦合等離子體質譜法測定，Hg、As采用原子熒光法測定，待確定污染因子種類后，再對剩余柱狀樣進行檢測分析，進一步核實污染因子，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，根據預定的取樣深度，來選擇錘桿5與活塞桿13之間的相對位置，調整好之后將銷軸插入到第一固定孔15和對應的第二固定孔16內，使活塞桿13與錘桿5固定在一起。

第二步，將取土管1設置有斜切面2的一端豎直插入到底泥內，然后用手將重力錘6和錘桿5向上抽出使重力錘6遠離錘擊座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取土管1向下不斷沉入底泥內，當取土管1沉入到預定的深度取到土樣后，工作人員可握住錘擊座3上的兩個掛耳17將取土管1從底泥內向上提出。

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，調整錘桿5與活塞桿13之間的相對位置，調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應的分檔區11內推動活塞桿13移動，橡膠活塞14在活塞桿13的推動作用下將取土管1內取到的土樣分檔推出。

7 結語

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可以沉入到預定深度進行取樣，同時增大了取土管1的管徑，解決了取樣數量少而無法滿足金屬分析所需的問題，提高了取樣的效率。