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1、厚壁取土器在底质取样中的改进应用冯建军，朱承英(中交上海航道勘察设计研究院有限公司) 摘要：以连云港港徐圩航道先导试挖阶段航道回淤观测工程为契机，以提高表层底质样取样精度为目标，在观测海域采用拖罐法、钻杆薄壁取样法及厚壁取样法三种方法的对比试验。通过现场可操作性和室内试验成果的比较，提出了改良的厚壁取样法，在能满足取样要求的前提下大幅度提高取样效率，劳动强度低，在本地区后期的回淤物采样中广泛的应用。关键词：底质取样；厚壁取样；柱状样Application of improving for bed materialsampler with thick wallFeng Jian-jun，Zhu
2、Cheng-ying(Shanghai Waterway Engineering Design and consulting Co., Ltd,Shanghai 200120,China) Abstract:In order to improve bed material sampling accuracy, we used three methods-contrast tests in the project of siltation observation of Xuwei test channel. Including sampling by draggingdustpan, sampl
3、ing by the drill pipe dragging thin-walled and sampling by thickwall. Through the field and laboratory in the implementation of the results, sampling by thick wall has improved, that is connected with ropes, relied on the sampler dead weight, to sample back silting. This sampling can use low labor s
4、trength in the sampling, This samping was used widely for later siltation observation of channel, radio-activeity isotope tracing. Key words: bed material sampler; bed material sampler with thick wall; Columnar sample1 引言回淤是关系到航道建设和运营的关键问题，因此需要在前期工作基础上，根据工程进展分阶段开展回淤观测和研究，取得不同等级的航道回淤资料，为率定数学模型和物理模型的参
5、数提供依据，为航道研究、设计、施工和长期运营提供依据1。对滩槽底质取样、大风后回淤物取样并进行颗粒度分析是当今航道回淤观测应用的多种观测手段之一，底质取样具有费用高、历时长的特点，同时要求所获资料精度高、连续性好、具有可比性2。针对目前使用的测深杆、水铊和各种采样器取样时，采样方法粗糙，样品质量低，还局限于不同的海底环境等特点。使用采样器一般可以获得比较多的海底底质样品，但使用时往往局限于不同的海底环境。比如抓斗式或蚌式采泥器适用于泥底和不硬的沙底，并且只能采集510 cm 深的底质。重力取样管虽然可以采集0430m深度的底质样品，但易受海底硬度和海底水流强度的影响。至于拖网式底质采集器则只能
6、采集海底表面的样品，并且不能在岩石区域内使用3。正是由于上述采样方法的受上述限制，使得目前海底底质样品在数量、层次、状态，以及标志性等方面难以达到理想的要求，降低了样品的质量。针对航道回淤观测的要求，本项目采用点与面结合、现场观测与室内试验结合等措施，于2010年6月对徐圩航道回淤观测底质取样进行了拖罐法、薄壁取样法及厚壁取样法的对比，为航道回淤物的取样方法积累经验。海底底质探测又称海底底质调查；主要是对海洋底质的类型、性质和分布情况进行探测，并进行采样分析，以获得底质的分布规律，重要的声、力学特性和底质环境总体特征等信息。海底底质探测既是海道测量的重要内容，也是目前海洋环境调查的基本内容。我
7、国海道测量规范规定，海道测量海底底质探测主要是为了获得海图上所需要的海底表层底质分布资料，以满足军事活动与航海的需要，或为分析海底地形、科学研究以及开发利用海底资源参考依据ll J。50多年来的海道测量实践为我国海底底质探测提供了丰富的经验。随着海战场环境测绘保障的发展和人类开发利用海洋的深人，海底底质探测工作变得更加复杂艰巨，正面临着由表层向深层，由简单机械式探测向声学、力学、化学生物学综合式探测载变。研究适应未来底质探测需要的现代底质采样方法和底质分析方法已成为迫在眉睫的问题。采样方法粗糙，样品质量低目前使用的海底底质采样方法主要是用测深杆、水铊和各种采样器取样。使用采样器一般可以获得比较
8、多的海底底质样品，但使用时往往局限于不同的海底环境。比如抓斗式或蚌式采泥器适用于泥底和不硬的沙底，并且只能采集510 cm 深的底质。重力取样管虽然可以采集0430m深度的底质样品，但易受海底硬度和海底水流强度的影响。至于拖网式底质采集器则只能采集海底表面的样品，并且不能在岩石区域内使用。正是由于上述采样方法的限制，使得目前海底底质样品在数量、层次、状态，以及标志性等方面难以达到理想的要求，降低了样品的质量。2 采样方法及比较项目实施本次对比取样地点选择在连云港港30万吨级航道徐圩航道滩槽位置，共布置了30个采样点，见图1。海区天气良好，轻到中浪，浪高0.9-1.7米之间。为了互不干扰，现场安
9、排两条取样船，一条船采用薄壁取土器进行采样，一条船采用厚壁采样器进行取样，同时每条采样船采用拖罐法进行同步采集。图1 底质取样点位置图2.1 取样方法介绍2.2 薄壁取样法要求船舶甲板比较大，甲板要求平整，并在船舷搭建简易平台，现场采集照片见图2，具体操作流程如下：（1）测船到达测点，抛锚就位，最好有条件抛前后锚对船舶进行固定；（2）测量水深，计算需要的钻杆节数，计算时必须考虑到平台到水面的距离，以满足现场入土深度的要求。安装钻杆总长度=平台至水面的距离+测深绳量测水深+取样入土深度，根据总长度配备不同型号的钻杆，钻杆分3米、2米、1米，对钻杆进行组合后，放在平台上备用。（3）将准备好的不锈钢
10、薄壁采样器，连接钻杆进行投放，投放时要求控制好垂直度，如果水流太急引起采样器的倾斜，现场停工待命，待潮流情况允许再次投放。（4）根据计算的水深及钻杆的长度，将钻杆依次拼接，在采样器到达海底后靠人力或自重压至取土深度，要求保证一定的垂直度。现场受风浪、水流影响可能导致取样厚度达不到要求的40厘米或者超过采样器长度而产生冒顶，都须重新取样。（5）提取采样器过程中避免猛烈碰撞平台或船舷，引起采样器底部的样品流失。（6）对取上来的样品保证垂直状态，将首尾两端用塑料盖和蜡封住，并缠上胶带；将采样器表面擦拭后用标签纸进行标记，标记时必须用箭头将表底方向标注清楚；固定好放在采集框内，防止倾斜。 简易钻孔平台
11、 薄壁采样器 拼接钻杆 采集样品图2 薄壁取样现场采集照片2.3 厚壁取样法厚壁取样法是对常规厚壁取土器的改良而制作的采样器，将采样器通过吊杆的连接绳索，依靠重力直接取样。厚壁取样法对船舶的唯一要求必须要有吊杆，吊杆杆臂长度大于船的半宽度，以满足可以将采样器推至船舷外，同时有一定的拉力要求；其次准备厚壁采样器的内衬管，内衬管的材质要求采用普通的6PVC管即可，长度要求在52厘米；现场水深测量的测量绳；以及其他的贴纸、记号笔等标记工具。现场采集照片见图3，。具体操作流程如下：（1）测船到达测点，严格控制采样点偏移；（2）测量水深，量测精度控制在0.5米范围内，以满足投放时对绳索的控制。（3）对起
12、吊采样器的绳索进行长度标记，标记间隔1米，这样有利于投放时对深度的控制。标记仅需开工前标记一次即可。（4）将切割好的PVC内衬管装入厚壁采样器，然后将管帽旋紧，待船舶停稳后提升采样器推至船舷外，均匀释放绳索控制采样器下沉的速度，至采样器离泥面一定高度时突然完全释放使其扎入回淤土。在绳索放的过程中不可丢弃绳索，否则可能引起采样器的倾倒。（5）采样器的提取过程中避免猛烈碰撞平台或船舷，否则会引起采样器底部的样品流失。（6）对取上来的样品保证垂直状态，现场对顶部的水样进行保留，以防止由于倾倒表层的水将顶部的稀泥流失，造成取样结果遭到人为的破坏；将首尾两端用塑料盖封住并上蜡，并用胶带缠绕；将采样器表面
13、擦拭后用标签纸进行标记，标记时必须用箭头将表底方向标注清楚；固定好放在采集框内，防止倾斜。（7）对取样厚度达不到要求的样品现场都进行必须重新取样。 安装PVC内衬管 厚壁采样器投放厚壁采样器提升至甲板 采集后样品图3 厚壁取样法现场照片2.4 拖罐法将系着绳索的拖罐抛至泥面，由于水流的自然作用，船舶运动过程中将泥面表层沉积物采集入采样器，等待数分钟后人工通过绳索将拖罐提拉至甲板，将采集到的样品装入塑料袋，取样质量要求大于1公斤以上。3 取样方法对比结合现场的作业条件对海况的要求、使用耗材、操作工序、取样的效率、取得样品特征等方面对三种方法进行优缺点评价。对比情况见表1，由表1可以看出改良后的厚
14、壁取样具有优越性，优点在于：（1）平台与泥面采样器的软接触，有效的避免了风浪作用下船舶的晃动造成取样的不便，减少了对海况的要求；（2）将取土器刀口内置式条形翻板，可有效防止土样脱落；（3）采样器尾部增加尾翼确保采样器自由落体时采样器的垂直度；（4）对原常规厚壁取土器取土室长度20厘米增加为52厘米，以满足取样技术要求；（5） 针对不同土层可采用不同的配重，可保证取土质量；（6）同时通过绳索的收放采样器，可简便、快速的提升采样器，同时减少因为时间延而误造成底部样品的流失。表1 底质现场取样情况对比对比内容薄壁取样法厚壁取样法拖罐法作业条件风浪较小风浪中等受浪影响不大使用耗材不锈钢管壁、木质平台P
15、VC衬管普通塑料袋船舶条件船舶甲板大具有一定拉力的吊杆普通船舶操作工序、投入劳力工序较多，钻杆操作复杂，人工劳动强度大工序一般，收送绳索快，人工强度一般人工劳动强度大效率少取或冒顶造成返工较多收送绳索快，效率较高水流急，水深处无法提取样品特征柱状样，顶部稀泥可以保留表层样，位置属50米半径内结论操作复杂，效率低操作简单，效率高，取样位置精度不高4 底质样品的分析结果对比与工程应用采用Hydro 2000MU(A)型激光粒度仪对外业采集的样品进行颗粒分析，分析前对样品进行初步判断，如发现样品原状土以上发现稀的、软的土样，首先对该土样进行颗粒分析，其次对原状土表层以下10cm高的柱状样进行搅拌，搅拌后进行洗盐、去胶。30个样品柱状样与拖罐法取得的表层底质按粉粒（粒径大于0.031mm且小于0.075mm）含量和粘粒（粒径小于0.031mm）含量进行了对比，见图41和图52，由图可知，柱状样厚壁取样法和拖罐法取得的样品室内试验后得到的粉粒含量基本一致，但细颗粒的粘粒含量，前者明显高于后者；反应在中值粒径图（图63）上柱状样取得的样品粒径较细，规律性也比较一致；柱状取样成果
