<Desc/Clms Page number 1>
L. S. WERTZ, résidant à SHAKER HEIGHTS, Ohio (E.U. A.) .
PROCEDE D'INJECTION DE FORMATIONS POREUSES.
Cette invention est relative à la solidification, la densifica- tion et le renforcement de formations terreuses et sablonneuses tendres, poreuses et meubles de manière à les rendre susceptibles de résister à des pressions verticales et latérales plus fortes, de résister à l'érosion par l'eau en surface et souterraine,de former des barrages à l'eau en-dessous de la surface, etc.
On a employé jusqu'à présent de nombreux procédés et divers ty- pes d'appareils pour stabiliser les formations terreuses et sablonneuses aux poins de vue précités afin d'améliorer les fondations de bâtiments,rou- tes, etc. sur le sol et pour protéger et/ou supporter des opérations ou structures en-dessous de la surface. Les procédés et appareils utilisés dans ce but varient grandement d'après les conditions particulières dans lesquel- les le travail doit être effectué, les caractéristiques des formations ter- reuses à travailler et le type et la grandeur des charges à supporter ou des forces à contrecarrer. Cependant, tous ces procédés sont sujets à des degrés variables à des limitations restreignant leur usage à certains types de conditions de travail, de formations terreuses et de nécessités de résistan- ce à la charge.
Plusieurs des procédés employés jusqu'à présent exigent l'usage d'un matériel coûteux et massif. La plupart d'entre eux exigent un espace considérable au-dessus de la surface du sol pour effectuer le travail et exigent, dans de nombreux cas, le fastidieux battage d'un type ou l'autre de caisson ou de batardeau permanent ou temporaire préfabriqué, habituel- lement accompagné de l'enlèvement de plus ou moins de terre de la région qui doit être travaillée.
En général, les anciens procédés sont lents à mettre à exécu- tion.
<Desc/Clms Page number 2>
coûteux à employer et inefficaces à un ou plusieurs points de vue , suivant les conditions de travail particulières rencontrées.
Le but général de la présente invention est de fournir des pro- cédés et des appareils perfectionnés et simplifiés pour solidifier, rendre compactes et renforcer des formations terreuses et sablonneuses tendres, poreuse et meubles jusqu'à des profondeurs substantielles.
Un autre but de l'invention est de fournir des procédés et des appareils dans le but précité dont le fonctionnement soit plus rapide et qui soient plus facilement adaptés à rencontrer les exigences spécifiques de différents travaux.
Un autre but encore de l'invention est de fournir des procédés et des appareils dans le but précité qui n'exigent pas T'enlèvement de terre ou l'abandon d'un matériel coûteux dans les formations sur lesquelles le travail est effectué.
Une caractériqtique spécifique de l'invention. grâce à laquelle les buts précités sont atteints, réside dans l'usage d'une foreuse tournan- te destinée à être vissée dans la terre et le sable meubles avec une ac- tion semblable à celle d'une foreuse du type à tarière ou à hélice, le forêt ayant une tige creuse avec des ouvertures près de son extrémité in- férieure par lesquelles on peut pomper de l'eau et la matière à injecter et le forêt étant constitué par plusieurs sections qui peuvent être accou- plées et découplées, l'une après l'autre, lorsqu'on enfonce ou qu'on retire le forêt.
L'extrémité inférieure du forêt porte des lames appropriées pour couper ou mélanger et les ouvertures adjacentes à l'extrémité inférieure de la tige sont placées de manière à décharger l'eau ou la matière à injec- ter dans la terre ou le sable très près des lames en rotation.
Le forêt est mis en rotation pour s'enfoncer dans le terre ou le sable jusqu'à la profondeur de la région à travailler et tout en conti- nuant à tourner, on l'y maintient un certain temps puis on le retire. Une injection de ciment hydraulique destiné à solidifier le terrain est de pré- férence pompée dans la tige de la foreuse lorsqu'elle s'enfonce et elle est injectée dans la terre au voisinage de l'extrémité inférieure du forêt où elle est complètement mélangée au sol lorsque les lames du forêt conti- nuent à descendre.
Lorsque le forêt a été enfoncé à la profondeur voulue, on peut arrêter le pompage de la matière à injecter ou bien on peut con- tinuer à pomper même lorsqu'on retire le forêt, suivant la nature du sol à travailler, le but étant de s'assurer que les vides et interstices dans le sol soient remplis aussi complètement et aussi uniformément que possi- ble du fond de la région jusqu'à la surface ou jusqu'à tout niveau inter- médiaire désiré, sans enlever aucune particule du sol original.
On obtient ainsi, lorsque le coulis a fait prise, une masse comme une colonne cylindrique dans l'ensemble, solidifiée, rendue compac- te et renforcée dont le diamètre est légèrement supérieur à celui des lames coupantes et malaxeuses du forêt. La région entourant cette masse ayant la forme d'une colonne est aussi affectée de la même manière à un degré allant en diminuant avec la distance depuis le corps principal et qui varie avec la porosité de la région et la pression d'injection. En ré- pétant l'opération précédente à des endroits appropriés espacés horizontale- ment,on peut former rapidement et efficacement une région solidifiée con- tinue s'étendant longitudinalement comme un mur ou latéralement dans tou- tes les directions sur toute étendue désirée.
Si on ne pompe pas dans la tige du forêt la matière à injecter avant que les lames malaxeuses à l'extrémité inférieure de la tige n'aient atteint le niveau désiré sous la surface et qu'ensuite on pompe la matière à injecter pendant l'enfoncement ultérieur des lames malaxeuses jusqu'à un. niveau inférieur, on forme un pieu souterrain qui s'étend uniquement en- tre les deux niveaux souterrains. En répétant cette opération en des points rapprochés horizontalement sur une zone choisie, on peut former sous la sur-
<Desc/Clms Page number 3>
face un radier de béton formant barrière à une remontée d'eau, de sable, de vase, etc. au cours des excavations ultérieures du sol au-dessus du radier.
On peut aussi appliquer l'invention pour former un mur continu entourant un tel radier souterrain et remontant jusqu'à la surface ou près de celle- ci, formant ainsi les côtés et le fond d'une cuvette de béton qui peut ensuite être vidée de sa terre par excavation en toute sécurité.
L'invention peut aussi être utilisée pour former des pieux individuels en place dans le sol à des endroits convenablement espacés.En terrains appropriés, on peut former de ces pieux atteignant jusqu'à'deux ou trois pieds (60 à-90 cm) de diamètre ou plus en utilisant des têtes ma- laxeuses de grands diamètres correspondants.
L'invention est en outre caractérisé? par l'usage d'une tige de foreuse constituée par un certain nombre de sections relativement cour- tes et par l'addition d'une section après l'autre à l'extrémité supérieu- re lorsque le forêt descend, après quoi les sections supérieures sont re- tirées l'une après l'autre lorsqu'elles sortent de terre au cours de la remontée du forêt. Il est ainsi possible de travailler sous des construc- tions ou dans des endroits restreints analogues la laissant peu de place au-dessus et d'effectuer et de contrôler l'opération entière d'un point pratiquement au niveau du sol sans devoir ériger des tours ou des plate- formes surélevées, même si on enfonce une tige à grande profondeur.
L'invention est caractérisée en outre par un appareil nouveau propre à être attaché et détaché rapidement de l'extrémité supérieure de chaque section de forêt en succession pour faire tourner le forêt et y pomr- per simultanément un fluide, grâce à quoi les sections successives du fo- rêt peuvent être rapidement ajoutées lorsque le forêt s'enfonce et retirées lorsqu'on remonte le forêt.
Les buts, caractéristiques et avantages précités de l'invention et d'autres encore-ressortiront clairement de la description détaillée des procédés et appareils conformes à l'invention, donnée ci-après avec référen- ce au dessin annexé dans lequel la figure 1 est une élévation de côté, partiellement en coupe, d'une forme préférée d'appareil utilisé pour mettre la présente invention à exécution, la vue montrant l'appareil travaillant dans la terre ; la figure 2 est une élévation partielle de l'appareil repré- senté sur là figure 1, la vue étant prise suivant la ligne 2-2 de la figu- re 1 ; la figure 3 est une élévation de la section ou élément inférieur du forêt représenté sur la figure 1 ; la figure 4 est une vue en plan de l'appareil représenté sur la figure 3 ;
la figure 5 est une élévation partielle de l'appareil représentée sur la figure 3 et la figure 6 est une coupe horizontale de l'appareil représenté sur la figure 3, le plan de la coupe étant indiqué par la ligne 6-6 sur la figure 3.
Les figures 1 et 2 représentent un type préféré d'appareil com- portant un mécanisme moteur 10 monté à l'extrémité postérieure d'un chariot 11 ou autre plateforme appropriée. Le mécanisme moteur 10 comprend un moteur approprié 12 et un mécanisme de transmission 13 destiné à supporter et à faire tourner un arbre vertical 14 de manière qu'il puisse se déplacer axia- lement pendant qu'il tourne. L'extrémité inférieure de l'arbre est pourvue d'une forme appropriéer de mandrin 16 pour saisir un élément du tuyau tra- versant l'arbre creux 14 et le faire tourner et le déplacer axialement avec l'arbre 14.
<Desc/Clms Page number 4>
Le mécanisme moteur 13 destiné à entraîner l'arbre creux 14 peut comporter un train d'engrenages approprié pour faire tourner un pignon entraîné monté sur l'arbre 14 et relié à celui-ci au moyen d'une clavette ou d'une nervure dans le pignon et une rainure longitudinale 15 dans l'ar- bre, ce qui permet au pignon entraîné de faire tourner l'arbre 14 alors que celui-ci reste libre de se déplacer verticalement par' rapport au pignon en- traîné et au mécanisme moteur. Comme les détails de ce mécanisme moteur ne font pas partie de l'invention et que ce mécanisme existe dans le com- merce, on en a omis les détails sur le dessin et il n'en sera question que brièvement, pour plus de simplicité.
Le déplacement vertical de l'arbre creux 14 est obtenu de pré- férence au moyen d'un vérin hydraulique ou l'équivalent, qui peut comporter une paire de cylindres 18 montés de part et d'autre de l'arbre creux 14 et portés par le mécanisme moteur. Une paire de pistons (non représentés) peuvent être placés dans les cylindres 18 et être reliés par des bielles de liaison 19 à une crosse 21 solidaire de l'arbre creux 14 près de l'extrémité supérieure de manière à permettre à l'arbre de tourner sur son axe tout en l'obligeant à se déplacer verticalement avec la crosse 21. Cette liaison peut avoir toute forme appropriée, par exemple un montage de colliers 22 sur l'arbre 14 placés de part et d'autre de la crosse 21.
Comme le montrent les figures et comme cela ressort de ce qui précède, le mécanisme moteur est destiné à faire tourner l'arbre creux 14, sur son axe et le mécanisme hydraulique associé est destiné à déplacer 1' arbre creux 14 vers le haut et vers le bas sur une course déterminée par le mouvement permis des pistons dans les cylindres 18.
Une chaîne de forage formée par plusieurs éléments séparés d' arbre creux accouplés ensembles pour former un conduit continu, est mise en rotation et forcée vers le bas dans la terre par l'appareil qui vient d'être décrit pendant qu'on pompe un lait de ciment hydraulique dans les éléments creux de la chaîne de forage. Une chaîne de forage appropriée à cet effet peut comprendre un certain nombre d'éléments 23 de tube ordi- naire, vissés à chaque extrémité et reliés ensemble par plusieurs manchons filetés intérieurement 24, les éléments successifs étant ajoutés à la chaîne de forage de la manière décrite ci-après au fur et à mesure de 1' enfoncement de la chaîne de forage dans la terre.
L'extrémité inférieure de la chaîne de forage comprend de pré- férence un élément analogue, quoique plus court, de tuyau 26 fileté extéri- eurement à l'extrémité supérieure et dont l'extrémité inférieure est fermée par un bouchon pointu 27 pourvu d'une gorge en spirale ou filet taillé de manière à permettre à cet élément de servir de vis d'avance et faciliter la pénétration dans la terre lorsque la chaîne de forage s'enfonce.Le bou- chon peut être fixé de manière rigide à l'extrémité inférieure de l'élément de forêt 26 de toute manière désirée, par exemple par soudure.
Plusieurs paires de lames coupantes et malaxeuses sont fixées à l'élément inférieur du forêt 26, espacées sur sa longueur, pour facili- ter la pénétration de la chaîne ,-de forage dans la terre et pour malaxer la terre lorsque l'extrémité inférieure de la chaîne de forage la traverse.
Ces lames sont de préférence montées par paires en saillie dans des direc- tions radiales diamétralement opposées sur l'élément de forêt 26, chaque pai- re successive de lames faisant saillie sous un angle différent mesuré autour de l'axe de la chaîne de forage, comme les figures 3 et 4 le montrent le mieux. Les paires individuelles de lames malaxeuses sont respectivement dé- signées par les références 28a,28b,28c. 28d, 28e, 28f et 28g.
Entre les deux paires de lames 28a et 28b, une paire d'ouvertures allongées 29 sont prévues dans les côtés opposés de la paroi de l'élément de forêt 26 et une paire de conduits 31 sont respectivement fixés à l'élément de forêt 26 en communication avec les ouvertures 29 pour recevoir la matière
<Desc/Clms Page number 5>
injectée par ces ouvertues de la tige creuse de la foreuse. Les conduits 29 s'étendent le bas et ensuite vers l'extérieur le long des côtés des lames inférieures 28a respectivement et aboutissent aux extrémités ouvertes 32 à peu près au milieu de la longueur de ces lames.
Comme le montre la figure 3, chaque lame est constituée par une barre métallique rigide de largeur sensiblement plus grande que l'épaisseur et inclinée sous un angle tel que les arêtes inférieures des lames tendent à tailler la terre lorsque la chaîne de forage est mise en rotation dans le sens dextrogyre, du dessus. Pour augmenter l'action coupante des lames, leurs arêtes inférieures 33 peuvent être aiguisées et les lames sont de préférence en acier dur résistant à l'abrasion grâce à leur inclinaison, les lames 28a- g, réalisent une importante action de malaxage lorsqu'elles tournent dans la terre comme il a été décrit ci-dessus.
Les extrémités inférieures ouvertes 32 des conduits 31 sont situ- ées en substance contre les surfaces inférieures des lames inclinées 28a de sorte que la matière éjectée par les conduits 31 lorsque la chaîne de fora- ge tourne dans le sens dextrogyre (vu du dessus) est déposée immédiatement derrière les lames traversant la terre. Le déplacement des lames dans la terre tend à créer des vides derrière les lames et la matière éjectée des conduits 31 tend par conséquent à remplir ces vides aussitôt qu'ils sont formés.
Comme le montrent les figures 1 et 2, l'extrémité supérieure de la chaîne de forage est maintenue par le mandrin 16 et elle dépasse vers le haut le mandrin et traverse l'arbre creux 14 jusqu'en un point itué au- dessus de l'arbre 14 où elle est reliée par une tête pivotante convention- nelle 36 à un conduit flexible d'injection 37 alimenté sous pression par une source appropriée. De cette manière, la matière à injecter peut être refoulée vers le bas dans la chaîne de forage depuis le conduit 37 pendant que la chai- ne de forage tourne et s'enfonce dans la terre grâce au mécanisme d'entraî- nement décrit ci-dessus.
Lorsqu'on utilise l'appareil précédent pour solidifier une masse sous la surface d'un sol meuble conformément à la présente invention, l'élé- ment de forêt inférieur 26 portant les lames de coupe et de malaxage 28a-g est d'abord attaché à l'élément immédiatement supérieur de forêt 23 pendant que ce dernier est maintenu dans le mandrin 16 et il remonte dans l'arbre creux 14 avec la tête pivotante 36 et la conduite de matière à injecter 37 atta- chées à son extrémité supérieure. Au commencement de cette opération, les pistons sont à l'extrémité supérieure de leurs courses dans les cylindres 18 et le mandrin est serré sur l'élément de forêt 23 qui le traverse.
En fai- sant tourner cette partie de la chaîne de forage et en lui appliquant simul- tanément une force dirigée vers le bas au moyen du moteur et du vérin hydrau- lique, la chaîne de forage est poussée vers le bas dans le sol meuble. En mê- me temps, on pompe la matière à injecter sous une pression appropriée dans le conduit d'injection 37 et dans la chaîne de forage et elle est injectée dans le sol par les extrémités ouvertes 32 des conduits 31 immédiatement derrière les lames inférieures 28a pendant qu'elles tournent. Chacune des lames sui- vantes 28b-28g, pénétrant après les lames inférieures 28a dans le sol, mélan- ge intimement la matière injectée avec la terre et produit un mélange en sub- stance homogène de lait de ciment et de particules de terre.
Lorsque la chaîne de forage a été enfoncée aussi loin que le per- mettent les courses des pistons dans les cylindres 18, on peut desserrer le mandrin 16, relever le vérin et resserrer le mandrin sur la chaîne de forage pour continuer à la faire tourner et à l'enfoncer. Lorsque l'extrémité supé- rieure de l'élément supérieur de forêt 23 a été enfoncée de cette manière aussi loin que le permet la rotule 36 à son extrémité supérieure, on desser- re le mandrin 16 et on dévisse l'élément supérieur de forêt du manchon 24 qui le raccorde à l'élément inférieur de forêt 26. On relève alors le vérin et on introduit un nouvel élément de forêt 23 avec un manchon 24 entre l'élé-
<Desc/Clms Page number 6>
ment de forêt inférieur 26 et l'élément de forêt 23 auxquels on le fixe.
On resserre le mandrin sur l'élément supérieur de forêt 23 et on continue l'opération en faisant tourner la chaîne de forage et en l'enfonçant dans la terre. Des éléments de forêt 23 et des marchons supplémentaires sont insérés de temps en temps de la même manière au fur et à mesure de l'en- foncement de la foreuse et on pompe de préférence la matière à injecter dans l'arbre de la foreuse et dans le sol d'une manière continue pendant la descente de la chaîne de forage.
Lorsque la matière a été injectée dans le sol et mélangée avec lui de la manière décrite ci-dessus jusqu'à la profondeur désirée, on peut arrêter l'injection de la chaîne de forage peut être relevée par le vérin hydraulique, de préférence en continuant à la faire tourner dans le même sens ce qui permet aux lames de malaxage' de faire un second malaxage au cours de leur remonte. De cette manière, on obtient le maximum d'homogénéité du mélange de la matière injectée avec le sol et on produit une colonne 38 de sol mélangé à la matière injectée qui se solidifie en une colonne de béton durci lorsque le ciment fait prise.
Lorsqu'on a entièrement retiré la chaîne de forage, on peut répéter la même opération aussi près de l'endroit de forage précédent qu'on le désire. On peut former autant de ces colonnes qu'on le désire, espacées sur une zone donnée ou en ligne pour solidifier une région entière ou pour former sous la surface un mur solidifié. Le diamètre de chaque colonne so- lidifiée de cette manière est normalement légèrement supérieur à la lon- gueur combinée de chaque paire de lamés 28a-g suivant¯la perméabilité du sol à la matière injectée et suivant d'autres facteurs évidents. Dans la plupart des cas, il est désirable de placer les colonnes solidifiées suffi- samment près l'une de l'autre pour qu'elles soient tangentes l'une à l'autre ou même se chevauchent, particulièrement si la masse solidifiée est destinée à servir de barrage pour l'eau.
Cependant, l'écartement des colonnes solidi- fiées peut varier suivant les besoins du projet particulier.
Dans certains cas, suivant la nature du sol à travailler, il peut être désirable de pomper la matière à injecter dans la chaîne de forage pen- dant son enfoncement dans la terre et aussi pendant sa remonte pour assurer un remplissage complet de tous les vides dpns le sol. Ceci est rarement né- cessaire cependant, car le remplissage en substance complet des vides est gé- néralement obtenu pendant qu'on enfonce la chaîne de forage dans la terre.
De la description précédente de l'invention et de l'appareil ain- si que du mode opératoire préférés pour la mettre à exécution, il ressort clairement qu'on a créé un procédé et un appareil nouveaux et simples pour solidifier, rendre compactes et renforcer des formations terreuses et sa- blonneuses tendres, poreuses et meubles jusqu'à des profondeurs substantiel- les et que le procédé peut être mis à exécution aisément et efficacement sans employer de matériel coûteux ou encombrant et sans devoir abandonner du maté- riel dans la terre après avoir achevé le travail. Il est clair aussi que les différentes façons de mettre l'invention à exécution pour solidifier sous la surface des sols meubles lui permettent de satisfaire une grande variété de conditions.
Bien qu' on ait décrit l'invention avec référence à des formes préférées d'appareil et de modes opératoires, il est bien entendu que l'in- vention n'est pas ainsi limitée et qu'on ne sortirait pas de son cadre en y apportant des modifications.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
<Desc / Clms Page number 1>
L. S. WERTZ, residing in SHAKER HEIGHTS, Ohio (E.U. A.).
PROCESS FOR INJECTING POROUS FORMATIONS.
This invention relates to the solidification, densification and reinforcement of soft, porous and loose earthy and sandy formations so as to make them capable of resisting stronger vertical and lateral pressures, of resisting erosion by water. surface and groundwater, forming water dams below the surface, etc.
Heretofore, numerous methods and various types of apparatus have been employed for stabilizing the earthy and sandy formations at the aforementioned sight points in order to improve the foundations of buildings, roads, etc. on the ground and to protect and / or support operations or structures below the surface. The methods and apparatus used for this purpose vary greatly depending on the particular conditions under which the work is to be performed, the characteristics of the earthen formations to be worked on, and the type and magnitude of the loads to be supported or the forces to be counteracted. . However, all of these methods are subject to varying degrees to limitations restricting their use to certain types of working conditions, earthy formations and load resistance requirements.
Several of the methods employed up to now require the use of expensive and massive equipment. Most of them require considerable space above the ground surface to do the job and in many cases require the tedious threshing of some type of permanent or temporary prefabricated caisson or cofferdam. , usually accompanied by the removal of more or less soil from the area to be worked.
In general, old processes are slow to execute.
<Desc / Clms Page number 2>
expensive to use and inefficient from one or more points of view, depending on the particular working conditions encountered.
The general object of the present invention is to provide improved and simplified methods and apparatus for solidifying, compacting and strengthening soft, porous and loose earthy and sandy formations to substantial depths.
Another object of the invention is to provide methods and apparatuses for the aforementioned aim whose operation is faster and which are more easily adapted to meet the specific requirements of different jobs.
Yet another object of the invention is to provide methods and apparatus for the aforementioned purpose which do not require the removal of soil or the abandonment of expensive equipment in the formations on which the work is carried out.
A specific characteristic of the invention. by which the aforementioned objects are achieved, lies in the use of a rotary drill intended to be screwed into loose soil and sand with an action similar to that of an auger or auger type drill. propeller, the forest having a hollow stem with openings near its lower end through which water and the material to be injected can be pumped and the forest being made up of several sections which can be coupled and decoupled, the 'one after the other, when you push in or out the forest.
The lower end of the forest has blades suitable for cutting or mixing and the openings adjacent to the lower end of the stem are placed so as to discharge the water or material to be injected into the earth or sand very close rotating blades.
The forest is rotated to sink into the earth or sand to the depth of the region to be worked and while continuing to rotate, it is kept there for a certain time and then removed. An injection of hydraulic cement intended to solidify the ground is preferably pumped into the rod of the drill as it sinks and is injected into the earth near the lower end of the forest where it is completely mixed with the drill. ground when the blades of the forest continue to descend.
When the forest has been sunk to the desired depth, the pumping of the material to be injected can be stopped or else pumping can continue even when the forest is removed, depending on the nature of the soil to be worked, the aim being to ensure that voids and interstices in the soil are filled as completely and as evenly as possible from the bottom of the region to the surface or to any desired intermediate level, without removing any particles from the original soil .
When the grout has set, we thus obtain a mass like a cylindrical column on the whole, solidified, made compact and reinforced, the diameter of which is slightly greater than that of the cutting and mixing blades of the forest. The region surrounding this column-shaped mass is also affected in the same way to an extent decreasing with distance from the main body and which varies with the porosity of the region and the injection pressure. By repeating the foregoing operation at suitable locations spaced horizontally, a continuous solidified region can be quickly and efficiently formed extending longitudinally like a wall or laterally in all directions to any desired extent.
If the material to be injected is not pumped into the forest stem before the kneading blades at the lower end of the stem have reached the desired level below the surface and then the material to be injected is pumped during the subsequent insertion of the mixing blades up to one. lower level, an underground pile is formed which extends only between the two underground levels. By repeating this operation in close points horizontally on a chosen area, it is possible to train under the over-
<Desc / Clms Page number 3>
opposite a concrete base forming a barrier to an upwelling of water, sand, mud, etc. during subsequent excavations of the soil above the raft foundation.
The invention can also be applied to form a continuous wall surrounding such a subterranean raft and rising to or near the surface, thus forming the sides and the bottom of a concrete basin which can then be emptied of. its earth by safe excavation.
The invention can also be used to form individual piles in place in the ground at suitably spaced locations. In suitable grounds such piles can be formed up to two or three feet (60 to 90 cm) in height. diameter or more by using mixing heads of corresponding large diameters.
The invention is further characterized? by the use of a drill rod made up of a number of relatively short sections and by adding one section after another at the upper end as the forest descends, after which the sections upper ones are pulled back one after the other as they emerge from the ground during the upward movement of the forest. It is thus possible to work under constructions or in similar confined spaces leaving little room above and to carry out and control the entire operation from a point almost at ground level without having to erect towers. or raised platforms, even if a rod is driven very deep.
The invention is further characterized by a novel apparatus capable of being quickly attached and detached from the upper end of each section of forest in succession to rotate the forest and simultaneously pump fluid therein, whereby successive sections of the forest can be quickly added as the forest sinks and removed when moving up the forest.
The aforementioned aims, characteristics and advantages of the invention and others still will emerge clearly from the detailed description of the methods and apparatuses in accordance with the invention, given below with reference to the accompanying drawing in which FIG. 1 is. a side elevation, partially in section, of a preferred form of apparatus used to carry out the present invention, the view showing the apparatus working in the earth; Figure 2 is a partial elevation of the apparatus shown in Figure 1, the view being taken along line 2-2 of Figure 1; Figure 3 is an elevation of the lower section or element of the drill bit shown in Figure 1; Figure 4 is a plan view of the apparatus shown in Figure 3;
Figure 5 is a partial elevation of the apparatus shown in Figure 3 and Figure 6 is a horizontal section of the apparatus shown in Figure 3, the plane of the section being indicated by line 6-6 in Figure 3.
Figures 1 and 2 show a preferred type of apparatus comprising a motor mechanism 10 mounted at the rear end of a carriage 11 or other suitable platform. The motor mechanism 10 includes a suitable motor 12 and a transmission mechanism 13 for supporting and rotating a vertical shaft 14 so that it can move axially as it rotates. The lower end of the shaft is provided with a suitable form of mandrel 16 for gripping a member of the pipe passing through the hollow shaft 14 and rotating and moving it axially with the shaft 14.
<Desc / Clms Page number 4>
The motor mechanism 13 for driving the hollow shaft 14 may include a gear train suitable for rotating a driven pinion mounted on the shaft 14 and connected thereto by means of a key or a rib in it. the pinion and a longitudinal groove 15 in the shaft, which allows the driven pinion to rotate the shaft 14 while the latter remains free to move vertically with respect to the driven pinion and the driving mechanism . As the details of this driving mechanism do not form part of the invention and this mechanism is commercially available, the details have been omitted from the drawing and will be discussed only briefly, for the sake of simplicity.
The vertical displacement of the hollow shaft 14 is obtained preferably by means of a hydraulic cylinder or the equivalent, which may comprise a pair of cylinders 18 mounted on either side of the hollow shaft 14 and carried. by the motor mechanism. A pair of pistons (not shown) can be placed in cylinders 18 and be connected by connecting rods 19 to a butt 21 integral with hollow shaft 14 near the upper end so as to allow the shaft to turn on its axis while forcing it to move vertically with the butt 21. This connection can have any suitable shape, for example mounting collars 22 on the shaft 14 placed on either side of the butt 21.
As shown in the figures and as emerges from the foregoing, the motor mechanism is intended to rotate the hollow shaft 14, on its axis and the associated hydraulic mechanism is intended to move the hollow shaft 14 up and down. down over a stroke determined by the permitted movement of the pistons in the cylinders 18.
A drill string formed by several separate hollow shaft elements coupled together to form a continuous conduit is rotated and forced down into the earth by the apparatus just described while pumping milk. hydraulic cement in the hollow parts of the drill string. A drill string suitable for this purpose may comprise a number of ordinary tube elements 23, screwed at each end and connected together by several internally threaded sleeves 24, successive elements being added to the drill string in the same manner. described below as the drill string is driven into the earth.
The lower end of the drill string preferably comprises a similar, although shorter, part of pipe 26 threaded externally at the upper end and the lower end of which is closed by a pointed plug 27 provided with a. a spiral groove or thread cut so as to allow this element to serve as a feed screw and facilitate penetration into the earth when the drill string sinks. The plug can be rigidly attached to the lower end of the forest element 26 in any desired manner, for example by welding.
Several pairs of cutting and kneading blades are attached to the lower element of the drill 26, spaced apart along its length, to facilitate the penetration of the chain, drilling into the earth and to knead the earth when the lower end of the drill chain runs through it.
These blades are preferably mounted in pairs projecting in diametrically opposed radial directions on the drill element 26, each successive pair of blades projecting at a different angle measured around the axis of the drill string. , as Figures 3 and 4 show best. The individual pairs of kneading blades are respectively designated by the references 28a, 28b, 28c. 28d, 28e, 28f and 28g.
Between the two pairs of blades 28a and 28b, a pair of elongated openings 29 are provided in the opposite sides of the wall of the forest element 26 and a pair of conduits 31 are respectively attached to the forest element 26 in communication with the openings 29 to receive the material
<Desc / Clms Page number 5>
injected by these openings of the hollow rod of the drill. The conduits 29 extend down and then outward along the sides of the lower blades 28a respectively and terminate at the open ends 32 at approximately the middle of the length of these blades.
As shown in Figure 3, each blade consists of a rigid metal bar of width substantially greater than the thickness and inclined at an angle such that the lower edges of the blades tend to cut the earth when the drill string is set. rotation in the dextrorotatory direction, from above. To increase the cutting action of the blades, their lower edges 33 can be sharpened and the blades are preferably made of hard steel resistant to abrasion by virtue of their inclination, the blades 28a- g, perform a large kneading action when they are revolve in the earth as described above.
The open lower ends 32 of the conduits 31 are located substantially against the lower surfaces of the inclined blades 28a so that the material ejected from the conduits 31 as the drill chain rotates in the right-hand direction (viewed from above) is deposited immediately behind the blades crossing the earth. The movement of the blades in the earth tends to create voids behind the blades and material ejected from the conduits 31 therefore tends to fill these voids as soon as they are formed.
As shown in Figures 1 and 2, the upper end of the drill string is held by mandrel 16 and it protrudes upward from mandrel and passes through hollow shaft 14 to a point above it. shaft 14 where it is connected by a conventional pivoting head 36 to a flexible injection duct 37 supplied under pressure by a suitable source. In this way, the material to be injected can be forced down into the drill chain from the conduit 37 while the drill chain rotates and sinks into the earth by means of the drive mechanism described above. above.
When using the foregoing apparatus to solidify a mass below the surface of loose soil in accordance with the present invention, the lower forest member 26 carrying the cutting and mixing blades 28a-g is first. attached to the immediately upper forest member 23 while the latter is held in the mandrel 16 and it rises in the hollow shaft 14 with the pivoting head 36 and the injection material line 37 attached to its upper end. At the beginning of this operation, the pistons are at the upper end of their strokes in the cylinders 18 and the mandrel is clamped on the forest element 23 which passes through it.
By rotating this part of the drill chain and simultaneously applying a downward force to it by means of the motor and hydraulic cylinder, the drill chain is pushed down into the soft soil. At the same time, the material to be injected is pumped under an appropriate pressure into the injection pipe 37 and into the drill string and it is injected into the ground through the open ends 32 of the pipes 31 immediately behind the lower blades 28a. while they are spinning. Each of the following blades 28b-28g, penetrating after the lower blades 28a into the soil, intimately mixes the injected material with the earth and produces a homogeneous mixture of cement milk and soil particles.
When the drill chain has been pushed in as far as the piston strokes in the cylinders 18 allow, the chuck 16 can be loosened, the cylinder raised, and the chuck re-tightened on the drill chain to continue rotating it and to push it down. When the upper end of the upper forest element 23 has been driven in this manner as far as the ball 36 at its upper end allows, the mandrel 16 is released and the upper forest element is unscrewed. the sleeve 24 which connects it to the lower forest element 26. The jack is then raised and a new forest element 23 is introduced with a sleeve 24 between the element.
<Desc / Clms Page number 6>
lower forest ment 26 and the forest element 23 to which it is fixed.
The mandrel is tightened on the upper forest member 23 and the operation is continued by rotating the drill chain and driving it into the earth. Additional forest elements 23 and treads are inserted from time to time in the same way as the drilling machine is sinking, and the material to be injected is preferably pumped into the shaft of the drilling machine and in the ground continuously during the descent of the drill string.
When the material has been injected into the soil and mixed with it in the manner described above to the desired depth, one can stop the injection of the drill string can be lifted by the hydraulic cylinder, preferably continuing to rotate it in the same direction which allows the kneading blades' to make a second kneading during their rise. In this way, the maximum homogeneity of the mixture of the injected material with the soil is obtained and a column 38 of soil mixed with the injected material is produced which solidifies into a column of hardened concrete when the cement sets.
When the drill string has been completely removed, the same operation can be repeated as close to the previous drilling location as desired. As many of these columns can be formed as desired, spaced over a given area or in a row to solidify an entire region or to form a solidified wall below the surface. The diameter of each column solidified in this manner will normally be slightly greater than the combined length of each pair of 28a-g laminations depending on the permeability of the soil to the injected material and other obvious factors. In most cases, it is desirable to place the solidified columns close enough to each other so that they are tangent to each other or even overlap, particularly if the solidified mass is intended. to serve as a dam for water.
However, the spacing of solidified columns may vary depending on the needs of the particular project.
In some cases, depending on the nature of the soil to be worked, it may be desirable to pump the material to be injected into the drilling chain while it is being driven into the earth and also during its ascent to ensure complete filling of all the voids dpns ground. This is seldom necessary, however, as the substantially complete filling of voids is usually achieved while driving the drill string into the earth.
From the foregoing description of the invention and the preferred apparatus and procedure for carrying it out, it is clear that a new and simple method and apparatus has been created for solidifying, compacting and strengthening. soft, porous and loose earthy and sandy formations to substantial depths and that the process can be carried out easily and efficiently without the use of expensive or bulky equipment and without having to leave material in the soil after completing the job. It is also clear that the different ways of carrying out the invention to solidify beneath the surface of loose soils allow it to satisfy a wide variety of conditions.
Although the invention has been described with reference to preferred forms of apparatus and procedures, it will be understood that the invention is not so limited and that it would not be departed from its scope by. making changes.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.