工程钻探与取样技术：高效贯入式取土器

贯入式取土器可分为敞口取土器和活塞取土器两大类型。敞口取土器按管壁厚度分为厚壁和薄壁两种，活塞取土器则分为固定活塞、水压固定活塞、自由活塞等几种。

1）敞口取土器

敞口取土器是最简单的取土器，其优点是结构简单，取样操作方便，缺点是不易控制土样质量，土样易于脱落。在取样管内加装内衬管的取土器称为复壁敞口取土器（图12-4），其外管多采用半合管，易于卸出衬管和土样。其下接厚壁管靴，能应用于软硬变化范围很大的多种土类。面积比Ar可达30%～40%，对土样扰动大，只能取得Ⅱ级以下的土样。薄壁取土器（图12-5）可只用一薄壁无缝管作取样管，面积比Ar可降低至10%以下，可作为采取Ⅰ级土样的取土器。薄壁取土器只能用于软土或较疏松的土取样。土质过硬，取土器易于受损。薄壁取土器内不可能设衬管，一般是将取样管与土样一同封装送到实验室。因此，需要大量的备用取土器，这样既不经济，又不便于携带。《岩土工程勘察规范》允许以束节式取土器代替薄壁取土器。这种束节式取土器（图12-6）是综合了厚壁和薄壁取土器的优点而设计的，其特点是将厚壁取土器下端刃口段改为薄壁管（此段薄壁管的长度一般不应短于刃口直径的3倍），以减少厚壁管面积比Ar的不利影响，取出的土样可达到或接近Ⅰ级。

图12-4　复壁敞口取土器

1—球阀；2—废土管；3—半合取样管；
4—衬管；5—加厚管靴

图12-5　敞口薄壁取土器

1—球阀；2—固定螺钉；
3—薄壁取样管

图12-6　束节式取土器

1—球阀；2—废土管；3—半合取土样管；
4—衬管或环刀；5—束节薄壁管靴(www.xing528.com)

2）活塞取土器

如果在敞口取土器的刃口部装一活塞，在下放取土器的过程中，使活塞与取样管的相对位置保持不变，即可排开孔底浮土，使取土器顺利达到预计取样位置。此后，将活塞固定不动，贯入取样管，土样则相对地进入取样管，但土样顶端始终处于活塞之下，不可能产生凸起变形。回提取土器时，处于土样顶端的活塞即可隔绝上下水压、气压，也可以在土样与活塞之间保持一定的负压，防止土样失落而又不至于像上提活阀那样出现过分的抽吸。活塞取土器有以下几种：

（1）固定活塞取土器。在敞口薄壁取土器内增加一个活塞以及一套与之相连接的活塞杆，活塞杆可通过取土器的头部并经由钻杆的中空延伸至地面（图12-7）。下放取土器时，活塞处于取样管刃口端部，活塞杆与钻杆同步下放，到达取样位置后，固定活塞杆与活塞，通过钻杆压入取样管进行取样。固定活塞薄壁取土器是目前国际公认的高质量的取土器，但因需要两套杆件，操作比较复杂。

图12-7　固定活塞薄壁取土器

1—固定活塞；2—薄壁取样管；3—活塞；
4—消除真空杆；5—固定螺钉

（2）水压固定活塞取土器。其特点是去掉了活塞杆，将活塞连接在钻杆底端，取样管则与另一套在活塞缸内的可动活塞联结，取样时通过钻杆施加水压，驱动活塞缸内的可动活塞，将取样管压入土中，其取样效果与固定活塞式相同，操作较为简单，但结构仍较复杂（图12-8）。

（3）自由活塞取土器。自由活塞取土器与固定活塞取土器的不同之处在于活塞杆不延伸至地面，而只穿过上接头，用弹簧锥卡予以控制，取样时依靠土试样将活塞顶起，操作较为简便。但土试样上顶活塞时易受扰动，取样质量不及以上两种取土器（图12-9）。