一种勘察钻探施工中砂土原状样取样器及取样方法与流程

本发明涉及工程勘察、地质钻探领域，具体涉及一种勘察钻探施工中砂土原状样取样器及取样方法。

背景技术：

1、在工程地质勘探和勘察工作中，为了求得岩土体的物理力学性能指标，目前除了原位测试外，主要还是采用钻探取样后进行室内土工实验这一手段。要取得接近天然结构的原状土样，关键在于提高取样技术和使用先进的取士器在原状土取样的工作中，取样的质量直接影响室内试验的结果，进而影响后续的工程地质评价和岩土工程设计。砂土原状样目前普遍难以取样，导致勘察过程中其原状样剪切试验等物理力学参数较少甚至没有，项目中多借鉴经验数据，再结合原位测试数据与经验公式综合得出，通常砂土的粘聚力取0。但实际砂土的剪切强度粘聚力和内摩擦角按照理论及部分研究粘聚力并非为0。由于砂土样容易被扰动，仅仅靠经验公式及地区经验值，往往不能准确评价场地砂土的真实物理力学特性。

2、例如，河海大学闫静，王晓丽，刘杰夫等研究了一种现场原状砂土取样器,该实用新型提供的现场原状砂土取样器,进行砂土取样时,通过叶片启闭阀,实现取土器的底部的闭合,有效地防止了土样逆漏,而且不会破坏原有土样结构；本发明所述取样器外形美观,轻巧便捷,适用性较强,取土过程中,节省人力物力,启闭操作简单。但是该取样器通常只适合浅部范围砂土取样。

3、例如，冀广，范存良研究了一种砂土、粉土原状样新型取样器,包括采样壳体和承压部，该实用新型所述的砂土,粉土原状样新型取样器,分样和取样过程均不会对砂土,粉土原状产生扰动,不会影响后续的分析精度.

4、例如，吴中浩研究了一种用机械方法在钻孔中取水下淤积层泥砂原状样的一种工具。该取样器结构合理,装配,拆卸方便,用它可取出深水下取样难度极大的纯砂原状样,分层清楚,取样效果好,很适合在桥梁,码头,海港,水库等的工程勘察设计中广泛使用。

5、例如，上海功成勘察设备有限公司研发的yxts-3三重管单动塑料内取土器，三重管单动塑料内管取土器可采取部分土体的原状样，如可塑、硬塑、粉士、粉砂、细砂。具有操作简单、开士方便、取样率高，取样质量好等优点。二重管单动塑料内管取土器适用于泥浆(或清水)回转钻机(如100型等)，钻进取样一次完成。

6、例如，河北省煤田地质局第二地质队杨风良，李魁广，卢凤豪等人发明了一种双管单动取芯钻具内管密封器具,该实用新型结构简单,设计合理,易于实现,作业成本低,密封稳定可靠,防止钻进时钻井液由悬挂系统进入内筒,冲蚀可溶矿芯,保证取芯矿产品的品性和完整性。

7、例如，乌孟庄，张成，董教社，郑建朝等人研究了一种双管单动活门式取芯取土器,属于重管单动回转压入取土器,该取芯取土器适用粘性土,粉土和粉细砂,取芯取样一个钻进回次同时完成,并具有防止土芯,土样脱落的功能,能准确控制钻进进尺,岩芯采取率达到规范规定的有关要求,而且取土质量优于常规(厚壁)取土器,钻进效率明显高于目前常用的取芯取样钻探工艺。

8、例如，上海雨秀仪器设备有限公司研发了一种双管单动内环刀取砂器，适用于采取粉砂、细砂、中砂、粗砂和砾砂的原状土试样。该取样器的特点主要是采用束节式管靴，保证取砂原状性，同时内管装有内环刀取砂简，避免开土时的二次扰动。

9、土样扰动来源有很多种，取土器贯入过程中，由于取土器侧壁的挤土及摩擦作用是导致土体扰动变形的重要因素。土样在被取出的过程中，密封装置内产生的吸附力不可避免的会对装置内的土样产生扰动，造成土样的物理力学性质发生改变，从而导致取土效果不够理想。目前已有针对砂土取样器存在的缺点主要如下：

10、1、大部分取样器能保证钻进过程中取样等级及质量，但是需要在采样完成后再现场岩心管人工取样，这个过程中取土器侧壁的挤土及摩擦作用会再次对砂土样品进行较大的二次扰动。取得较高等级的原状砂土样较困难。

11、2、双管、三管砂土取样器:适于砂土等松软易坍塌地层钻进，钻进中可避免冲洗液对岩心的直接冲刷和钻杆中空水柱压力作用，确保岩心采取率和质量。但是该类取样器一般塑料内管整管运输，样管较长、运输不方便。且在实验室开样时不方便，也容易对样品造成二次扰动，制样成品率较低。

12、3、环刀取砂器:该类取样器内置土工试验环刀和隔环组成，不必开土,可直接做土工试验，活塞密封,取样率高。但是需要携带土工试验环刀等装置，成本较高，同时环刀及隔环等的安装对现场机长及技术员的技术要求相对也更高，另外取土器在每次操作后需要仔细清理冲洗后才能进行下次取样。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种勘察钻探施工中砂土原状样取样器及取样方法，能够有效解决现有技术中的不足。

2、本发明是通过以下技术方案来实现的：一种勘察钻探施工中砂土原状样取样器，包括：

3、外管，所述外管内部具有一个安装腔，所述外管的一侧安装钻杆连接头，所述外管的另一侧安装外管钻头；

4、内管，所述内管安装在所述外管中，所述内管为拼接式内管，由对半开的两根内管拼接组成；

5、取样管，所述取样管安装在其中一根内管中，然后由另一根内管密封；

6、内管螺帽，螺纹锁紧安装在所述内管的一侧，所述内管螺帽的端面浮动式设置一内管定位柱，所述内管定位柱伸出于内管螺帽一端安装弹簧。

7、作为优选的技术方案，所述外管、内管以及取样管上沿着长度方向设置有多个取样卡位槽。

8、作为优选的技术方案，所述取样管的内部空间形成有废土仓。

9、作为优选的技术方案，所述外管内位于外管钻头一侧安装有压力半球形球阀开关，所述外管钻头与外管螺纹连接。

10、作为优选的技术方案，所述内管螺帽内形成有一个活动间隙腔，所述内管定位柱一端插入至活动间隙腔内，并形成一段活动间隙。

11、作为优选的技术方案，所述内管中布设有多根进水管，所述钻杆连接头内对应每根进水管均设置有进水通道，每个进水通道均通过钢丝软管与内管中的进水管连接导通。

12、作为优选的技术方案，所述钻杆连接头上设置有多个泄浆孔，外管与内管之间形成有间隙腔，废水浆液经过间隙腔从多个泄浆孔排出取样器。

13、作为优选的技术方案，所述钻杆连接头与外管螺纹连接，所述内管外部设置有定位圆帽，且所述外管内壁对应位置设置有定位槽位。

14、作为优选的技术方案，所述内管中还安装有球阀开关进水管，所述球阀开关进水管与压力半球形球阀开关连接导通。

15、本发明的一种用于勘察钻探施工中砂土原状样的取样方法，包括以下步骤：

16、s1：将取样器连接至钻杆，然后按照正常钻机操作将其下入钻孔内部，并控制钻进压力，以保证取样器缓慢回转向下钻进；在此过程中，钻杆连接头上的弹簧装置根据土层及钻进压力实时调整取样内管的前后位置，以避免钻进压力过大对岩芯造成扰动；

17、s2：每个钻进回次控制在1.5米左右；当钻机钻进达到设定深度后，使用钻机水泵通过钻杆及取样器水管注水，利用水泵最大压力将水浆液注入，水压力作用于半球阀开关，使其关闭，从而将取样器内的砂土封闭；

18、s3：半球阀开关关闭后，按照正常钻机程序提起取样器；

19、s4：取出的取样器平放地面后，依次拆卸外管钻头、外管、压力板球阀开关、进水钢丝软管及内管螺帽；

20、s5：拆卸后，打开内管，使用取样隔膜片切入取样卡位槽的间隙，封闭塑料取样管两端，并舍弃废土仓及球阀开关处的废土岩心，随后将封闭的塑料取样管两端用胶带封闭，并放入泡沫减震样箱内；

21、s6：最后，清洗取样组件并按照组装顺序重新组装，以便于下一次取样。

22、本发明的有益效果是：本发明能够取砂土原状样，具有连续性、可操作性、高稳定性等优点，通过取样器有效的控制了对砂土取原状样的扰动。可实现钻进取样一体，取样后避免对砂土的二次扰动，取样内管可回收重复利用，有效地降低取样器、样皮成本，避免实验室开样二次扰动等，可为勘察钻探中砂土原状样取样提供科学积极的参考依据。