ABSTRACT
CONTENTS Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347 What Is DP Technology? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348 Advantages and Limitations of DP Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350
Advantages of DP Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351 Improved Site Access . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351 Minimal Generation of Investigation-Derived Wastes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351 Minimal Subsurface Disturbance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351 Rapid Sampling and Logging Capability and Faster Overall Site Investigations 351 Lower Cost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 Rapid, Cost-Effective Vertical Profiling Capability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 Acquisition of More Depth-Discrete Samples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352
Limitations of DP Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353 Geological Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353 Depth Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353 Soil Compaction and Smearing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354
How DP Technology Is Used . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354 What Are DP Systems? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355 Equipment for Advancing DP Rods and Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356
Manual and Mechanically Assisted Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356 Conventional Drilling Rigs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356 DP CPT Rigs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357 Percussion DP Machines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360 Vibratory Heads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362
DP Rod Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363 Single-Rod Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364 Dual-Tube Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
DP Sampling Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367 Presampling Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368 DP Soil Sampling Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368
Single-Rod Soil-Sampling Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369 Nonsealed Soil Samplers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369 Sealed Soil Samplers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
Dual-Tube Soil-Sampling Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373 Split-Barrel Samplers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
Solid-Barrel Samplers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374 Dual-Tube Precore System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376 Wireline CPTTM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377
Applications and Limitations of Soil Sampling Methods and Tools . . . . . . . . . . 378 Open vs: Sealed Samplers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378 Single-Rod vs: Dual-Tube Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378
Continuous vs: Discrete Sampling and Lithologic Logging . . . . . . . . . . . . . . . . . 379 Sample Integrity and Chemical Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379
DP Soil-Gas Sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381 ASTM Guidance for Soil-Gas Sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381 Soil Matrix and Probe Insertion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381 Common Probe Configurations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382
Expendable Drive Point Samplers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382 Retractable Drive Point Samplers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384 Retraction Distance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385 Multiple-Depth Sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385 Sampling with Cased Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386 Soil-Gas Implants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387
Soil-Gas Sampling Train . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391 Quality Assurance and Quality Control Procedures for Soil-Gas Sampling . . . 392
Ground-Water Sampling Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393 Single-Rod Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394
Exposed-Screen Sampling Tools and Profilers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395 Sealed-Screen Samplers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398 Combined Sampling Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
Dual-Tube Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404 ConeSipperw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407
Applications and Limitations of DP Ground-Water Sampling Tools . . . . . . . . . . 407 Sample Recovery from Small-Diameter DP Rods and Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . 411
Bailers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412 Inertial-Lift (Tubing Check-Valve) Pumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412 Peristaltic and Other Suction-Lift Pumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413 Gas-Drive Pumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414 Bladder Pumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414
In Situ Measurements Using Specialized DP Probes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416 CPT Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416
CPT Platforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416 CPT Probe Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417 CPT Data Acquisition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418 CPT Data Interpretation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419 Tools for Ascertaining Soil Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420
Soil Electrical Resistivity and Conductivity Probes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420 Soil Moisture Probes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423 Nuclear Logging Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
Tools for Delineating Subsurface Contamination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425 Continuous Vapor Profiling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426 LIF Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427 Raman Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430 Fuel Fluorescence Detector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430
Other CPT-Deployed Probes and Sensors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432 Membrane Interface Probe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433
and Ground-Water
MIP System Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433 Field Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434 Example Logs and Interpretation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435
Other DP Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437 Video Imaging Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437
Applications of DP Technology to Monitor Well Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438 Requirements for Monitoring Well Construction and Use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439
Annular Seal and Grouting Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440 DP Well Installation Methods: Advantages and Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441
Driven Well Points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442 Open Hole Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442 Mandrel-Pushed Screen and Casing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443 Cased Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445 Naturally Developed Wells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445 Filter Packed Wells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447 Prepacked Well Screens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448
Comparisons of DP Wells to Conventional Wells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450 Results of Recent Research . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450
Applications and Limitations of DP for Well Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454 Driven Well Point and Mandrel-Driven Screens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457 Open Hole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457 Cased Hole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457 Methods for Sealing DP Probe Holes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458
Gravity Pouring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459 Re-Entry Grouting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459 Retraction Grouting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460 Advancement Grouting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461 Tremie Grouting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463
Passage of the Resource Conservation and Recovery Act (RCRA) by Congress in 1976 addressed management of hazardous and nonhazardous wastes generated at active industrial facilities and landfills. In 1980, passage of the Comprehensive Environmental Response Compensation and Liability Act (CERCLA, commonly called “Superfund”) addressed hazardous wastes at abandoned facilities and spills of hazardous materials (U.S. EPA, 1990). Together, RCRA and CERCLA established the earliest national requirements for characterization and monitoring of sites at which contaminated soil and ground water were suspected or found. The U.S. Environmental Protection Agency (U.S. EPA) was charged with administering the rules and regulations associated with these critical pieces of environmental legislation and with overseeing the environmental investigations conducted by those seeking to comply with the regulations.
