陳洪陽(yáng) 張衛(wèi)國(guó) 何健 黃海峰

摘要：針對(duì)減量化地塊土壤環(huán)境調(diào)查采樣工作轉(zhuǎn)場(chǎng)頻繁、場(chǎng)地復(fù)雜、采樣深度較淺等特點(diǎn)，研發(fā)了一套具有重量輕、操作簡(jiǎn)便、施工進(jìn)度快、轉(zhuǎn)場(chǎng)靈活、采集土壤樣品可以更加真實(shí)地反映場(chǎng)地環(huán)境狀況的GK-1型鉆機(jī)，應(yīng)用結(jié)果表明：可對(duì)上海減量化地塊土壤環(huán)境調(diào)查土壤的取樣提供一定的技術(shù)支持，對(duì)其他地區(qū)的場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查也有推廣意義。

關(guān)鍵詞：減量化地塊;場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查;取樣設(shè)備

中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2019）16-0237-03

1引言

針對(duì)城市發(fā)展面臨的資源約束、經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展的需求，上海市正積極推進(jìn)非集建區(qū)建設(shè)用地減量化工作，淘汰低效能產(chǎn)，排除安全隱患，通過拆除復(fù)墾等土地整治工作，恢復(fù)農(nóng)地生產(chǎn)能力，發(fā)揮生態(tài)用地功能。根據(jù)2010年底土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，上海市需開展減量化的地塊總面積為184km²，且空間分部較為零散。

根據(jù)《關(guān)于加快減量化土地復(fù)墾項(xiàng)目驗(yàn)收程序的通知》（滬規(guī)土資綜[2015]715號(hào)）的要求，減量化項(xiàng)目驗(yàn)收后，鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府應(yīng)做好減量化項(xiàng)目后續(xù)管護(hù)和利用的相關(guān)工作，應(yīng)請(qǐng)專業(yè)部門先行對(duì)土壤質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)并出具報(bào)告。符合農(nóng)業(yè)種植要求的，方能用于農(nóng)作物耕種;不符合要求的，應(yīng)先進(jìn)行土壤修復(fù)，不得直接用于農(nóng)作物耕種。減量化地塊多數(shù)分布在農(nóng)田或民宅之間，單個(gè)地塊面積相對(duì)較小，土壤采樣工作轉(zhuǎn)場(chǎng)頻繁，采樣深度較淺。通過研發(fā)一套具有重量輕、操作簡(jiǎn)便、施工進(jìn)度快、轉(zhuǎn)場(chǎng)靈活、采集土壤樣品可以更加真實(shí)反映場(chǎng)地環(huán)境狀況等特性的GK-1型取樣鉆機(jī)，對(duì)上海減量化地塊土壤環(huán)境調(diào)查土壤的取樣提供一定的技術(shù)支持，對(duì)其他地區(qū)的場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查也有推廣意義。

2土壤環(huán)境調(diào)查取樣設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1土壤采樣設(shè)備的類型

場(chǎng)地土壤樣品采集最關(guān)鍵的工具是土壤采樣設(shè)備。按照操作力源的不同，采樣設(shè)備可分為兩大類：①手動(dòng)取土鉆：以人體手或足動(dòng)力為其操作力源，不借助機(jī)械動(dòng)力，如螺紋鉆、管鉆等;②機(jī)械動(dòng)力采樣器：以機(jī)械動(dòng)力為操作力源，主要靠液壓氣壓、機(jī)械直接傳動(dòng)等方式使采樣鉆體進(jìn)入土壤，如傳統(tǒng)鉆機(jī)（30鉆）和直推式鉆機(jī)（Geoprobe，Powerprobe）等。手動(dòng)取土鉆和傳統(tǒng)鉆機(jī)鉆進(jìn)過程中對(duì)土壤擾動(dòng)較大，可能導(dǎo)致土樣交叉污染，且不宜用于監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中含有VOCs等不穩(wěn)定污染物采樣;直推式鉆機(jī)具有取樣速度快、效率高、可遙控、不會(huì)導(dǎo)致土樣交叉污染的優(yōu)點(diǎn)，但由于體型較大，操作復(fù)雜，需要多人員共同操作，復(fù)雜場(chǎng)地不易進(jìn)入，不太適用于減量化地塊的土壤環(huán)境調(diào)查取樣工作。

2.2鉆進(jìn)方法

土壤樣品采集鉆進(jìn)方式具有振動(dòng)鉆進(jìn)、螺旋鉆進(jìn)、液壓回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、空氣回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、直接推進(jìn)鉆進(jìn)等多種形式。對(duì)于場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查土壤取樣，沖洗液的使用可能會(huì)改變土樣的化學(xué)性質(zhì)，如發(fā)生污染物濃度稀釋、引入新的污染源等現(xiàn)象。其中液壓回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、空氣回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式需要沖洗液輔助鉆進(jìn)，采集的土壤樣品不能真實(shí)反映場(chǎng)地環(huán)境狀況，并且有可能威脅施工人員的健康。振動(dòng)鉆進(jìn)、螺旋鉆進(jìn)、直接推進(jìn)鉆進(jìn)無鉆井液干擾，結(jié)合取樣器能取得保持化學(xué)和物理原狀的土樣，更符合土壤環(huán)境調(diào)查取樣要求。

3GK-1型鉆機(jī)研發(fā)應(yīng)用

3.1GK-1型鉆機(jī)概述

GK-1型鉆機(jī)具有直接推進(jìn)鉆進(jìn)、螺旋鉆進(jìn)兩種鉆進(jìn)方式，鉆進(jìn)過程不用清洗液，配備電動(dòng)機(jī)、汽油機(jī)兩個(gè)動(dòng)力裝置，鉆土器采用雙套管連續(xù)取土系統(tǒng)，設(shè)計(jì)最大采樣深度為10m，可適用于耕土、粘性土、雜填土等第四紀(jì)覆蓋層。

3.2工作原理

使用時(shí)，將鉆機(jī)搬運(yùn)到需要取土的位置，利用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)下錨桿，將鉆機(jī)錨固在地面上，以提供支座反力。然后通過控制箱控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)皮帶輪通過皮帶帶動(dòng)從動(dòng)皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)輪皮帶輪通過動(dòng)力轉(zhuǎn)換箱帶動(dòng)滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，滾珠絲桿帶動(dòng)升降器下降，從而帶動(dòng)鉆桿與鉆土器下降，將鉆土器推入到土壤中取樣，取樣后通過控制箱控制電動(dòng)機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，使鉆土器上升，從而使鉆土器從土壤中拔出。同時(shí)當(dāng)?shù)貕K存在建筑垃圾等障礙物時(shí)，通過旋轉(zhuǎn)動(dòng)力臺(tái)頂部安裝汽油發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺紋鉆頭，此時(shí)，螺紋鉆頭由電動(dòng)機(jī)和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)提供的合力作用下螺旋直線下降，已達(dá)到采集土壤樣品的目的。

鉆土器采用雙套管土壤取樣系統(tǒng)，外套管保護(hù)鉆孔，避免塌孔及交叉污染;內(nèi)鉆桿末端連接PVC取樣管，放置在外套管中采集土壤樣品。同時(shí)向下壓入外套管和內(nèi)鉆桿，土樣被壓人取樣管中。取出內(nèi)鉆桿及土壤取樣器，便可采集所需土壤樣品。雙套管取樣系統(tǒng)配有多種取樣鉆頭，適用于粉質(zhì)粘土、粘土、膨脹性粘土等粘性土層樣品采集。另外在鉆頭上還可加裝防漏堵頭，以防止松散及軟性土壤樣品流失，且更適用于淤泥、砂土、砂礫土、粉土等土壤樣品采集（圖1～3）。

圖1～3中：1、底座;2、立柱;3、頂板;4、動(dòng)力轉(zhuǎn)換箱;5、電氣箱支架;6、控制箱;7、電動(dòng)機(jī);8、汽油發(fā)電機(jī);9、主動(dòng)皮帶輪;10、皮帶;11、從動(dòng)皮帶輪;12、主動(dòng)軸;13、從動(dòng)軸;14、滾珠絲桿;15、旋轉(zhuǎn)動(dòng)力臺(tái);16、導(dǎo)向套;17、導(dǎo)向桿;18、限位塊;19、升降器;20、鉆桿;21、鉆土器;22、箱體;23、主動(dòng)錐形齒輪軸;24、從動(dòng)錐形齒輪軸;25、PVC管;26、汽油發(fā)動(dòng)機(jī);27、螺紋鉆頭。

3.3取樣效果分析

在現(xiàn)場(chǎng)取樣測(cè)試時(shí)，采用2.2kW電動(dòng)機(jī)、480汽油機(jī)，配備外管54mm，內(nèi)管（PVC取樣管）40mm的鉆土器，場(chǎng)地淺部地層自上至下分別為雜填土（以粘性土為主）、褐黃色粉質(zhì)粘土、灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土。試驗(yàn)表明，6m土壤取樣孔完成取樣時(shí)間為30min，在含水率較低的填土層和粘土層，土壤取芯率能達(dá)到90%以上，在含水率較高的淤泥層土壤取芯率在50%左右。土壤樣品同時(shí)保持物理原狀性和化學(xué)原狀性，在地下水位以下土層中鉆進(jìn)時(shí)，有效防止了鉆進(jìn)過程中污染物間的交叉污染等，滿足土壤環(huán)境調(diào)查取樣要求，具體測(cè)試結(jié)果見.圖4。

3.4鉆機(jī)特點(diǎn)

在滿足土壤環(huán)境調(diào)查取樣要求的情況下，GK-1型鉆機(jī)具有如下特點(diǎn)。

（1）傳動(dòng)效率高，以滾動(dòng)摩擦替代傳統(tǒng)絲桿的滑動(dòng)摩擦，傳動(dòng)效率達(dá)90%以上，驅(qū)動(dòng)力矩僅為滑動(dòng)絲桿的1/3。

（2）定位精度高，工作中發(fā)熱率低，故運(yùn)行中變形小，故定位相應(yīng)精確。

（3）傳動(dòng)可逆性，運(yùn)作中沒有粘滯摩擦，傳動(dòng)過程中沒有爬坡現(xiàn)象，可在直線運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)間自由轉(zhuǎn)換。

（4）鉆機(jī)零部件可拆卸，安裝簡(jiǎn)便，重量輕（150kg），便于搬運(yùn)，以應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境的施工需要。

（5）電機(jī)運(yùn)用變頻調(diào)速，可達(dá)到無級(jí)調(diào)速，具備近控和遠(yuǎn)程遙控兩套操作模式。

4結(jié)語(yǔ)

針對(duì)減量化地塊土壤環(huán)境調(diào)查采樣工作轉(zhuǎn)場(chǎng)頻繁、場(chǎng)地復(fù)雜、采樣深度較淺等特點(diǎn)，研發(fā)一套具有重量輕、操作簡(jiǎn)便、施工進(jìn)度快、轉(zhuǎn)場(chǎng)靈活、采集土壤樣品可以更加真實(shí)反映場(chǎng)地環(huán)境狀況等特性的GK-1型鉆機(jī)。鉆機(jī)具有直接推進(jìn)鉆進(jìn)、螺旋鉆進(jìn)2種鉆進(jìn)方式，鉆進(jìn)過程不用清洗液，鉆土器采用雙套管連續(xù)取土系統(tǒng)，土壤樣品同時(shí)保持物理原狀性和化學(xué)原狀性，并有效防止了鉆進(jìn)過程中污染物間的交叉污染，可適用于耕土、粘性土、雜填土等第四紀(jì)覆蓋層，對(duì)上海減量化地塊土壤環(huán)境調(diào)查土壤的取樣提供一定的技術(shù)支持，對(duì)其他地區(qū)的場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查也有推廣意義。