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Trépan découpeur et procédé d'ancrage.
Cette invention a pour objet des trépans découpeurs pour forer des trous d'ancrage dans des couches argileuses, terreuses, rocheuses ou analogues afin de constituer des an- crages pour des structures telles que des pieux, des murs et des piliers, et des procédés pour anerer ces structures.
Un but de la présente invention est de procurer un trépan découpeur pour affcuiller ou élargir les trous, ainsi qu'un procède pour ancrer une structure de retenue efficace dans un très grand nombre de variétés de couches en utilisant un tel trépan decoupeur.
Selon un de ses aspects, la présente invention propose
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un trépan découpeur pour élargir un trou dans des couches argi- leuses, terreuses, rocheuses ou analogues, comprenant des moyens de couteau, et des moyens sur le trépan découpeur agencés pour déplacer les moyens de couteau depuis une position de repos dans laquelle le trépan découpeur peut être retiré du trou jusqu'3 une position active dans laquelle la rotation du trépan décou- peur permet aux moyens de couteau d'affouiller ou d'élargir le trou.
De façon avantageuse, les moyens agencés pour déplacer les moyens de couteau comportent deux parties mobiles l'une par rapport à l'autre auxquelles les moyens de couteau sont fixés de telle façon que, par le déplacement relatif de ces parties, les moyens de couteau puissent être déplacés depuis leur position de repos dans laquelle ils sont appliqués le long des parties mobiles l'une par rapport à l'autre jusqu'à une position active dans laquelle ils se projettent latéralement en s'écartant des parties mobiles l'une par rapport à l'autre.
De façon avantageuse, l'une des parties mobiles l'une par rapport à l'autre est un tube percé de lumières et l'autre partie est une barre pouvant coulisser à l'intérieur du tube, les moyens de couteau étant articulés au tube pour pouvoir se déplacer, lors du déplacement de la barre par rapport au tube, entre la position de repos dans laquelle les moyens de couteau sont appliqués à l'intérieur du tube et la position active dans laquelle ces moyens de couteau se projettent du tube percé de lumières, d'où il résulte que la rotation du tube entraîne en rotation les moyens de couteau pour affouiller ou élargir le trou.
Selon un autre aspect, la présente invention propose un procédé pour ancrer une structure qui retient une masse telle que de l'argile, des terres, des roches ou analogues consistant
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à forer dans le massif un trou allongé, à faire passer dans le trou une semelle, un bloc ou un élément d'ancrage jusqu'à une position dans laquelle la semelle d'ancrage ou l'analogue se trou- ve au-delà du plan prédéterminé de rupture du massif;
une ou plusieurs tiges ou un ou plusieurs câbles protégés étant fixés à la semelle d'ancrage ou à l'analogue pour la relier à la structure de retenue, à verser dans le trou un coulis pour former un moyen de fixation pour la semelle d'ancrage ou l'ana- logue avant ou après l'introduction de cette dernière dans le trou allongé, à remplir le trou de coulis, le revêtement des tiges ou des câbles étant d'un type qui n'adhère pas au coulis de façon à permettre le déplacement des tiges ou des câbles par rapport au coulis et à fixer les tiges ou les câbles à la struc- ture de retenue..
De préférence, avant d'introduire dans le trou la se- melle d'ancrage ou l'analogue, le trou est affouillé en utilisant un trépan découpeur tel que défini précédemment.
On va maintenant décrire, à titre d'exemple, des réa- lisations de la présente invention en se référant au dessin joint dans lequel : - la figure 1 est une vue latérale schématique d'un trépan découpeur à commande hydraulique conforme à la présente invention; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une partie d'un trépan découpeur pouvant être actionné hydrauliquement comme précédemment, ou pouvant être actionné mécaniquement par le mécanisme représenté sur les figures ; - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale des pièces de commande hydraulique du trépan découpeur représenté sur la figure 1, et convenant pour actionner le trépan décou- peur représenté sur la figure 2;
- la figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'une
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tête de commande pour actionner mécaniquement le trépan décou- peur montré sur la figure 2 ; - la figure 5 est une vue schématique en coupe longitu- dinale partielle d'un autre trépan découpeur conforme à la pré- sente invention qui convient particulièrement à l'utilisation dans des couches contenant de l'argile; - la figure 6 est une vue en coupe transversale selon la ligne A-A du trépan découpeur représenté sur la figure 5 ; - la figure 7 est une vue en coupe longitudinale d'un mécanisme pour commander mécaniquement à partir de la surface un trépan découpeur du type représenté sur la figure 2, et - la figure 8 est une vue schématique d'un ancrage formé par un procédé d'ancrage conforme à la présente invention.
On se réfère maintenant aux figures 1, 2 et 3 ; trépan découpeur qui est destiné à forer et affouiller ou élargir des trous dans des sols cohésifs ou des formations ro- cheuses comprend un tube métallique à paroi épaisse 1 de coupe transversale circulaire dans une extrémité duquel est vissé un couteau 2 pour forer un trou dans le sol ou la roche lorsque le tube 1 tourne.
Deux paires de lumières diamétralement opposées; et sont formées dans la paroi du tube 1, l'une des paires de lumières 3 étant espacée longitudinalement de 1'autre paire 4 (voir particulièrement la figure 2).
A l'intérieur du tube 1 se trouve une barre métallique 5 pouvant coulisser longitudinalement et ayant une ouverture traversante 6 ou 7 correspondant à chaque paire de lumières 3 Ou 4 dans le tube. Une extrémité de ch&que ouverture 6 ou 7 dans la barre 5 est formée avec une surface de came 8 ou 9 respective- ment. Des lames de couteaux 10 et 11 ayant des bords coupants ai- guisés 12 (un seul est représenté) et des surfaces profilées de
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guidage 14 et 15 sont situées, une dans chaque ouverture 6 ou 7 respectivement dans la barre 5, la surface profilée de guidage 14 ou 15 se trouvant adjacente à la surface de camp 8 ou 9 de la barre 5. Chaque lame coupante-est montée à pivotement par un axe 16 sur la paroi du tube 1.
Le point de pivotement d'une lacre coupante se trouve du côté du tube opposé à celui de l'autre lame coupante et sa surface de guidage est profilée dans le sens opposé en sorte que, lorsque la barre 5 se déplace longitudinale- ment. par rapport au tube 1, les surfaces de came 8 et 9 atta- quent les surfaces respectives de guidage 14 et 15 sur les lames coupantes et les repoussent depuis une position de repos à l'intérieur du tube dans une position active dans laquelle elles s'étendent radialement de part et d'autre du tube, la po- sition active de la lame coupante 11 étant représentée en trait mixte sur la figure 3. Les lames coupantes 10 et 11 sont mon- trées sur la figure 2 avec des profils différents.
L'importance du déplacement des lames dépend du déplacement de la barre métallique 5 et un téton 17 porté par la barre 5 et se déplaçant dans une fente incurvée 18 dans chaque lame coupante assure une rétraction positive des lames coupantes, un seul téton 17 et une seule fente 18 étant représentés sur la figure 2.
Retournant à la figure 3, l'extrémité du tube 1 opposée aux couteaux 2 est fermée par un élément creux 19 dans lequel est logé un piston hydraulique 20 pouvant coulisser longitudi- nalement par rapport au tube 1. La barre métallique 5 dans le tube 1 est repoussée contre une extrémité du piston 20 par un ressort 21 monté dans le tube 1 à l'extrémité de la barre 5 opposée au piston 20. L'extrémité du piston 20 éloignée de la barre 5 constitue une paroi d'une chambre 22 dans l'élément creux 19 à laquelle on peut amener du fluide hydraulique par un con- duit 23 alésé dans l'élément creux 19. Un alésage 24 fileté in-
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térieurement est formé dans l'extrémité de l'élément creux 19 opposé au tube et reçoit 1 extrémité filetée 25 d'un arbre 26 (voir figure 1).
L'arbre 26 est muni d'un conduit 27 qui fait communiquer le conduit23 dans l'élément creux 19 et une source extérieure classique de fluide hydraulique sous pression (non représentée). L'arbre 26 présente également deux conduits. 2 qui raccordent une source extérieure appropriée d'air comprimé à deux canalisations ovales d'air 29 logées dans des évidements longitudinaux prévus dans le tube du trépan découpeur et allant à la tête coupante 2 pour dégager cette tête 2 pendant le forage.
En service, l'arbre 26 entraine en rotation le trépan découpeur de façon à faire tourner la tête coupante 2 pour forer un trou dans le sol ou la roche. De l'air comprimé est envoyé vers le bas à travers les conduits 28 de l'arbre et les canali- sations d'air 29 de façon à empêcher la tête coupante 2 de bour- rer. Lorsqu'on a atteint la profondeur voulue de trou, le forage est arrêté et on envoie vers le bas du fluide hydraulique sous pression dans le trépan découpeur à travers les conduits 27 et 23 de façon à déplacer le piston 20, et ainsi la barre métallique 5, par rapport eu tube 1 contre l'action antagoniste du ressort 21. Les lames coupantes 10 et 11 pivotent ainsi depuis leur posi- tion de repos jusqu'à une position dans laquelle elles s'éten- dent radialement à partir du tube 1. L'arbre 26 tourna et il en résulte un élargissement du profil du trou.
La longueur de cet élargissement peut été augmentée en retirant lentoment le trépan découpeur du fond du trou jusqu'à ce qu'on ait découpé la quantité voulue de maitériau dans la paroi du trou grâce aux lames coupantes.
Le pression hydraulique agissant sur le piston 20 est elors supprimée et la barre 5 se déplace sous l'action du ressort 21 pour ramener les lames coupantes 10 et 11 dans le tube 1, le déplacement des lames coupantes étant commandé par le téton 17
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se déplaçant dans la fente incurvée 18 de chaque lame coupante.
Lorsque les lames coupantes sont ramenées dans leur position de repos, il est possible de retirer lc trépan découpeur avant ce placer dans le trou une semelle d'ancrage ou l'analogue et de l'ancrer en place avec du ciment ou tout autre coulis.
Dans une deuxième réalisation de la présente invention, la tête coupante du trépan découpeur est remplacée par une tête massive 30 (voir figure 3) portée par la barre métallique 5 par l'inteymédiaire d'une butée à billes 31, et le circuit hydrau- lique est supprimé. On élément élastique 32 est monté entre le tube 1 et un prolongement 33 de la tête 30 de façon à appliquer un rebord annulaire 34 du prolongement 33 contre un prolongement annulaire 35 de la barre métallique 5. De cette façon, la barre métallique 5 est normalement repoussée par l'élément élastique 32 dans une position dan laquelle les lames coupantes 10 et 11 sont au repos.
En service, le trépan découpeur attaché à l'ex- trémité de l'arbre 26 qui, dans ce cas, ne nécessite pas de '-enduits 27 et 28, est descendu dans un trou préalablement foré jusqu'à ce que la tête massive 30 entre en contact avec le sol ou la roche au fond du trou. La pression sur l'arbre 26 fait se déplacer le tube 1 par rapport à la barre métallique 5 contre l'action de l'élément élastique 32 et fait pivoter les lames coupantes 10 et 11 dans leur position active. L'arbre 26 est entraîné en rotation, tout en maintenant la pression appliquée sur l'arbre, afin de foire tourner les lames coupantes 10 et 11, On effectue ainsi l'élargissement du trou.
Lorsque l'on désire retire;. du trou le trépan découpeur, on supprime la pression sur l'arbre 26 et les lames coupantes 10 et 11 revien- nent à l'intérieur du tube 1 sous l'action de Isolément élas- tique 32. On peut alors retirer le trépan découpeur.
Dans une autre réalisation représentée sur les
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figures 5 et 6, les lames coupantes profilées 10 et 11 sont remplacées par deux couteaux dentés articulés 37 et 38 s'éten- dant le long du trépan découpeur. Chaque couteau 37 ou 38 a une section transversale en forme d'arc de façon à s'appliquer étroitement contre le tube 1 en position de repos et est fixé à une extrémité par l'intermédiaire d'un pivot 39 au tube 1 et à l'autre extrémité par l'intermédiaire d'un pivot 40 à la barre métallique 5 qui, dans ce cas, est creuse et est cannelée de sorte qu'elle peut se déplacer lingitudinalement par rapport au tube 1, mais est contrainte de tourner avec ce tube 1.
La barre métallique 5 dépasse au-delà de l'extrémité du tube et est équipée d'une tête massive 30 qu'elle porte par l'intermé- diaire d'une butée à billes 31 d'une façon similaire à celle décrite pour le trépan découpeur représenté sur la figure 4.
En service, le trépan, attaché à l'extrémité de l'arbre 26, est descendu dans un trou antérieurement foré jusqu'à ce que la tête massive 30 entre en contact avec le fond du trou.
La pression sur l'arbre 26 fait se déplacer le tube 1 par rapport à la barre métallique cannelée 5, faisant ainsi pivoter radiale- ment vers l'extérieur en position active les couteaux articulés 37 et 38, la position active du couteau 37 étant indiquée en trait mixte sur la figure 5. L'arbre 26 est alors entraîné en rotation afin de faire tourner les couteaux 37 et 38 et cn envoie en même temps de l'air comprimé dans la cavité de la barre métal- lique cannelée 5, cet air s'évacuant par des trous 41 percés juste derrière la tête massive 30 de façon à empêcher de bourrer les couteaux 37 et 38. Le trou est ainsi affcuillé par l'élargis- sement de la paroi du trou au voisinage de son fond.
Lorsqu'on désire retirer le trépan découpeur du trou, l'arbre 26 est retiré, le tube 1 se déplace par rapport à la barre métallique cannelée 5 et les couteaux articulés 37 et 38 pivotent en arrière
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vere leur position de repos dans laquelle ils sont appliqués contre le tube. Ce type de trépan découpeur convient particuliè- rement pour élargir des trous dans des couches d'argile.
On se réfère maintenant.à la figure 7; le trépan découpeur représenté sur la figure 2 peut être actionné par le mécanisme qui comporte un arbre creux ou tube de forhge 42 à une extrémité duquel est fixé le tube 1 du trépan découpeur.
A l'autre extrémité de l'arbre creux ou tube de forage 42 est attaché l'arbre de sortie 43 d'un type connu de foreuse 44.
Ainsi, la rotation du moteur 44 entraîne la rotation de l'arbre creux 42 du tube 1 du trépan découpeur et de la tête coupante du type représenté sur la figure 1 afin de forer un trou dans le sol ou la roche.
A l'intérieur de l'arbre creux 42 se-trouve une tige 45 qui peut coulisser longitudinalement par rappors à l'arbre 42 et dont une extrémité est filetée pour coopérer avec un trou filet± 46 dans l'extrémité de la barre métallique 5 opposée à la tête coupante. La tige 45 saille à travers un trou 47 à travers la foreuse 44 et est rattachée au-delà de la machine à un dispositif (non représenté) de forme connue destiné à appliquer sur la tige 45 un effort de traction.
En service, un trou est foré dans le sol ou la roche en faisant tourner l'arbre 42, le trépan découpeur et la tête coupante par l'intermédiaire de la foreuse 44. Lorsque le trou a été foré jusqu'à la profondeur voulue, la tige 1,5 dans l'arbre 42 est tirée par l'intermédiaire du dispositif destiné à appliquer un effort de traction et la barre métallique 5 dans le trépan découpeur coulisse par rapport au tube 1 jusqu'à ce que les lames coupantes s'étendent à travers les lumières de la paroi du trépan découpeur jusqu'à la position active comme il a été décrit en se référant à la figure 2. L'arbre 42 est entraîne cn
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rotation et l'affouillement ou élargissement de trou s'effectue.
L'effort de traction sur la tige 45 est ensuite supprimé et les lames coupantes se rétractent dans le tube du trépan découpeur pour permettre d'enlever ce dernier du trou comme il a été décrit antérieurement.
On notera que l'on petit introduire la tige dans l'arbre creux pour coopérer avec la barre Métallique du trépan découpeur après que le forage du trou ait été effectué.
On notera également que l'on peut utiliser, si on le désire, une tige ou un ou plusieurs câbles pour actionner la barre métallique du trépan.
Dans une autre réalisation (non représentée), un dispositif de piston et de cylindre hydraulique ou pneumatique est monté sur le trépan découpeur au voisinage de chaque lame coupante et remplace la barre métallique comme dispositif pour actionner les lames coupantes. L'actionnement 'de dispositifs de piston et cylindre fait se déplacer les lames coupantes depuis leur position de repos jusqu'à leur position active, un ressort de rappel étant prévu pour ramener chaque lame coupante lorsque l'on désire remonter du trou le trépan.
On notera que les lames peuvent avoir des bords aigui- sés, des dents, des pointes de stellite trempées ou un revête- ment d'une matrice en carbure de tungstène en fonction du type de couche à forer.
On peut utiliser de l'eau à le place d'air comprimé pour empêcher les couteaux de bourrer. On peut utiliser de l'air comprimé au lieu de fluide hydraulique pour actionner le piston dans la première- réalisation.
On notera également que le nombre et la forme des lames coupantes peuvent varier à volonté pour satisfaire les spécifi- cations de l'ancrage et oue, si on le désire, on peut utiliser une seule lame coupante.
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Un trépan découpeur conforme à la présente invention, convient particulièrement pour former un trou élargi dans la méthode d'ancrage décrite ci-après en se refont à la figure 8.
On se réfère maintenant à la figure 8; le procédé pour former un encrage pour un pieu 49 supportant un massif 50 de matériau du type dans lequel un trou foré dans le massif 50 conserve son diamètre pendant quelque temps, comporte le stade de forer un trou incliné vers le bas 51, ayant de préférence un diamètre compris entre 7,5 et 15 cm, dans le massif 50 et qui s'étend depuis une position prédéterminée 52 par rapport au pieu 49 jusqu'à une position se trouvant au-delà du plan prédé- terminé de rupture du massif, ce plan de rupture étant indiqué par ligne en tirets 53. L'outil de forage est alors retiré du trou 51 et une semelle d'ancrage 54 à ardillons multiples est descendue dans le tour 51 jusqu'à ce que toute la semelle d'an- crge se trouve au-delà du plan 53 de rupture du massif 50.
Avant de descendre la semelle dans le trou 52, une tige revêtue 55 est vissée dans un alésage taraudé dans l'extrémité arrière de la semelle, la tige 55 ayant une longueur prédéterminée telle que, lorsque la semelle d'ancrage 54 se trouve dans sa position correcte, l'extrémité libre de la tige 55 puisse être fixée au pieu 49. De cette façon, la semelle d'ancrage 54 peut être positionnée de façon précise par rapport au plan prédéterminé 53 de rupture du massif. Un tube rigide à coulis (non représenté) est introduit dans le trou 52 autour de la tige 55 et est descendu jusqu'à ce qu'il entre en contact avec la senelle d'ancrage 54.
A l'extrémité contactant la semelle du tube à coulis est formée une cage en acier à ressort recouvert de caoutchouc souple (non représentée) qui, lorsqu'elle est appuyée contre la semelle d'ancrage 54, s'évase vers l'extérieur pour étancher le trou autour de l'extrémité du tube à coulis. Un coulis de ciment 56
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soumis à une pression déterminée est alors introduit dans le tube et entoure la semelle d'ancrage 54 pour la positionner solidement à l'intérieur du massif stable de matériau au-delà du plan 53 de rupture. Durant ce stade, le tube est appliqué contre la senelle d'ancrage 54 pour maintenir l'étanchéité.
La pression appliquée au coulis de ciment 56 est déterminée par les pro- priétés physiques du matériau et détermine la forme finale de l'ancrage.
Lorsque la pression agissant sur le tube est supprimée, la cage en acier à ressort revient à une position qui permet de retirer le tube du trou. Lors de l'enlèvement du tube, on continue à amener du coulis de ciment dans le tube de façon à remplir le trou autour de la tige revêtue. Le revêtement de la tige est du type qui n'adhère pas au ciment, en sorte qu'il est possible de post-contraindre la tige. Le ciment entourant la tige accroît la stabilité du massif dans la zone supportée par le pieu.
Au cas où le massif de matériau est tel que le trou doit être maintenu pendant tout le for&ge du trou, ce dernier est effectué par une tarière tournante suivie par un tube de cuvelage avançant à la même vitesse, le tube ayant une tête avec un bord coupant ou des pièces appropriées et étant animé de nou- vement de rotation ou d'oscillation pour faciliter son passage à travers le matériau. Lorsque l'on a atteint la profondeur déter- minée du trou, on retire la tarière et l'on introduit alors la semelle d'ancrage avec la tige revêtue correspondante, et l'on commence à verser le coulis.
En forant le trou, on peut utiliser n'importe lequel des trépans découpeurs décrits précédemment afin d'accroltre le diamètre du trou à l'endroit où l'on doit placer la semelle d'ancrage, augmentant ainsi la section transversale du trou à cet endroit. Après quoi, on retire le trépan découpeur du trou
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et l'on introduit la semelle d'ancrage et la tige ou le cble revêtu et on amène du coulis avant ou après l'introduction de la semelle.
Une variante pour étancher l'extrénité du tube de coulis par rapport au trou consiste à utiliser des produits qui se mélangent dans la section précédant la semelle d'ancrage et qui forment un ciment synthétique dur qui étanche l'extré- mité du tube par rapport au trou. Cette méthode convient parti- culièrement dans les argiles plastiques, lorsque l'on ne retire pas le tube à coulis, mais qu'il reste dans le trou pendant toute la période de prise du ciment pour maintenir une pressior autour de la semelle d'ancrage et ±,.'opposer ainsi au fluage des argiles.
Un autre procède pour étancher l'extrémité du tube à coulis consiste à utiliser un cône en acier à ressort que l'on applique sur l'extrémité du tube à coulis, le cône étant agencé pour s'épanouir vers l'extérieur et étancher le trou lorsqu'on applique une pression sur le coulis de ciment.
Dans certains cas de massifs, il n'est pas nécessaire d'amener le coulis de ciment sous pression et, dans ce cas, il n'est pas nécessaire d'étancher le trou à l'extrémité du tube à coulis, le coulis de ciment étant simplement déversé dans le tube à coulis pour fixer en place la semelle d'ancrage.
Fn variante, dans des cas analogues, on peut d'abord amener des résines synthétiques dans le trou et les faire suivre par la semelle ou le bloc. Le déplacement de la semelle ou du bloc entraîne un mélange des résinrs qui forme une masse de coulis synthétique.
On notera aisément que l'on peut utiliser une ou plusieurs tiges revêtues, ou en variante un ou plusieurs cibles revêtus, en fonction des conditions du massif et des spécifications d'ancrage.
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Les ties ou les cibles peuvent être revêtus, soit par un revêtement, soitpar enveloppement, le matériau de revêtement étant toujours du type qui n'achère pas au ci:'lent environnant de façon à permettre à la tige ou au câble de s'allonger librement lorsque c'est nécessaire. L'ép[asseur et le type du revêtement sont variables en fonction du but de l'ancrage, temporaire ou permanent.
Fn fonction des conditions, on peut utiliser un tube souple à coulis au lieu d'utiliser un tubs rigide. La semelle d'ancrage peut être remplacée par un bloc ou un élément ayant ':ne forme appropriée aux propriétés du massif à retenir et des spéci- fications de l'ancrage, la forme présentant des indentations ou ues épaulements pour obtenir la résistance d'ancrage maximale, La tige ou le câble peuvent être soudés, estampés, noyautés qu fixés de toute autre façon dans la semelle, le bloc ou l'élé- ment d'ancrage de façon à assurer une liaison efficace.
On doit noter que le procédé d'ancrage conforne à la présente invention présente l'avantage d'obtenir le maximum d'an- crage du fait du dessin de la semelle, du bloc ou de l'élément d'ancrage, de la position dans laquelle il est placé, de la pres- sion du coulis de ciment ou de la forme de 1'élargissement du trou en fonction des propriétés physiques du massif à retenir, et du fait que les tiges ou câbles sont libres de s'allonger à l'intérieur du ciment de façon à ce qu'on puisse appliquer une post-contrainte après la prise du ciment de facon que le ciment recouvrant les tiges ou les câbles serve de pieu de compression augmentant la stabilité du système.
Il est évident que l'on peut utiliser tout type appro- prié de coulis à la place d'un coulis de ciment, par exemple un coulis de matière plastique synthétique.
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Cutting bit and anchoring process.
This invention relates to cutting bits for drilling anchor holes in clay, earth, rock, or the like to provide anchors for structures such as piles, walls and pillars, and methods for drilling. destroy these structures.
It is an object of the present invention to provide a cutting bit for sharpening or widening the holes, as well as a method for anchoring an effective retaining structure in a very large number of varieties of layers using such a cutting bit.
According to one of its aspects, the present invention provides
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a cutting bit for widening a hole in clay, earth, rock or the like, comprising knife means, and means on the cutting bit adapted to move the knife means from a rest position in which the cutting bit can be withdrawn from the hole to an active position in which rotation of the cutout bit allows the knife means to sharpen or widen the hole.
Advantageously, the means arranged to move the knife means comprise two parts movable relative to each other to which the knife means are fixed in such a way that, by the relative displacement of these parts, the knife means can be moved from their rest position in which they are applied along the movable parts relative to each other to an active position in which they project laterally away from the movable parts one by one compared to each other.
Advantageously, one of the movable parts relative to each other is a tube pierced with lights and the other part is a bar which can slide inside the tube, the knife means being articulated to the tube. to be able to move, during movement of the bar relative to the tube, between the rest position in which the knife means are applied inside the tube and the active position in which these knife means project from the pierced tube lights, whereby the rotation of the tube rotates the knife means for scouring or widening the hole.
In another aspect, the present invention provides a method for anchoring a structure which retains a mass such as clay, earths, rocks or the like comprising
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in drilling an elongated hole in the bed, in passing a sole, block or anchoring element through the hole to a position in which the anchoring sole or the like lies beyond the predetermined plan of rupture of the massif;
one or more rods or one or more protected cables being fixed to the anchor sole or the like to connect it to the retaining structure, pouring into the hole a grout to form a fixing means for the sole of anchor or analog before or after its introduction into the elongated hole, to fill the hole with grout, the coating of the rods or cables being of a type which does not adhere to the grout so as to allow the rods or cables to move relative to the grout and to secure the rods or cables to the retaining structure.
Preferably, before introducing the anchor or the like into the hole, the hole is scoured using a cutting bit as defined above.
Embodiments of the present invention will now be described, by way of example, with reference to the accompanying drawing in which: - Figure 1 is a schematic side view of a hydraulically operated cutting bit according to the present invention. ; FIG. 2 is a view in longitudinal section of a part of a cutting bit which can be actuated hydraulically as above, or which can be actuated mechanically by the mechanism shown in the figures; FIG. 3 is a view in longitudinal section of the hydraulic control parts of the cutting bit shown in FIG. 1, and suitable for actuating the cutting bit shown in FIG. 2;
- Figure 4 is a longitudinal sectional view of a
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control head for mechanically actuating the cutting bit shown in Figure 2; FIG. 5 is a schematic view in partial longitudinal section of another cutting bit according to the present invention which is particularly suitable for use in layers containing clay; - Figure 6 is a cross-sectional view along line A-A of the cutting bit shown in Figure 5; - Figure 7 is a longitudinal sectional view of a mechanism for mechanically controlling from the surface a cutting bit of the type shown in Figure 2, and - Figure 8 is a schematic view of an anchor formed by a process anchor according to the present invention.
Reference is now made to Figures 1, 2 and 3; Cutting bit which is intended for drilling and scouring or widening holes in cohesive soils or rock formations comprises a thick-walled metal tube 1 of circular cross-section in one end of which is screwed a knife 2 for drilling a hole in the soil or rock when tube 1 turns.
Two pairs of diametrically opposed lights; and are formed in the wall of the tube 1, one of the pairs of lumens 3 being longitudinally spaced from the other pair 4 (see particularly Figure 2).
Inside the tube 1 is a metal bar 5 which can slide longitudinally and having a through opening 6 or 7 corresponding to each pair of lights 3 or 4 in the tube. One end of each opening 6 or 7 in the bar 5 is formed with a cam surface 8 or 9 respectively. Knife blades 10 and 11 having sharp cutting edges 12 (only one is shown) and contoured surfaces of.
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guide 14 and 15 are located, one in each opening 6 or 7 respectively in the bar 5, the profiled guide surface 14 or 15 lying adjacent to the camp surface 8 or 9 of the bar 5. Each cutting blade is mounted pivoted by an axis 16 on the wall of the tube 1.
The pivot point of a cutting blade is on the side of the tube opposite to that of the other cutting blade and its guide surface is profiled in the opposite direction so that when the bar 5 moves longitudinally. relative to the tube 1, the cam surfaces 8 and 9 engage the respective guide surfaces 14 and 15 on the cutting blades and push them back from a rest position inside the tube into an active position in which they are seated. 'extend radially on either side of the tube, the active position of the cutting blade 11 being shown in phantom in Figure 3. The cutting blades 10 and 11 are shown in Figure 2 with different profiles. .
The amount of movement of the blades depends on the movement of the metal bar 5 and a stud 17 carried by the bar 5 and moving in a curved slot 18 in each cutting blade ensures positive retraction of the cutting blades, a single stud 17 and a only slot 18 being shown in Figure 2.
Returning to FIG. 3, the end of the tube 1 opposite the knives 2 is closed by a hollow element 19 in which is housed a hydraulic piston 20 which can slide lengthwise with respect to the tube 1. The metal bar 5 in the tube 1 is pushed against one end of the piston 20 by a spring 21 mounted in the tube 1 at the end of the bar 5 opposite the piston 20. The end of the piston 20 remote from the bar 5 constitutes a wall of a chamber 22 in the hollow member 19 to which hydraulic fluid can be supplied through a conduit 23 bored in the hollow member 19. A threaded bore 24 in-
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teriorly is formed in the end of the hollow member 19 opposite the tube and receives 1 threaded end 25 of a shaft 26 (see Figure 1).
The shaft 26 is provided with a conduit 27 which communicates the conduit 23 in the hollow member 19 and a conventional external source of pressurized hydraulic fluid (not shown). The shaft 26 also has two conduits. 2 which connect a suitable external source of compressed air to two oval air ducts 29 housed in longitudinal recesses provided in the tube of the cutting bit and going to the cutting head 2 in order to release this head 2 during drilling.
In use, the shaft 26 drives the cutting bit in rotation so as to rotate the cutting head 2 to drill a hole in the ground or rock. Compressed air is blown downward through the shaft conduits 28 and air conduits 29 so as to prevent the cutting head 2 from jamming. When the desired hole depth has been reached, the drilling is stopped and pressurized hydraulic fluid is sent down into the cutting bit through the conduits 27 and 23 so as to move the piston 20, and thus the metal bar. 5, relative to the tube 1 against the antagonistic action of the spring 21. The cutting blades 10 and 11 thus pivot from their rest position to a position in which they extend radially from the tube 1. The shaft 26 rotates and this results in a widening of the profile of the hole.
The length of this widening can be increased by slowly withdrawing the cutting bit from the bottom of the hole until the desired amount of material has been cut from the wall of the hole using the cutting blades.
The hydraulic pressure acting on the piston 20 is then removed and the bar 5 moves under the action of the spring 21 to bring the cutting blades 10 and 11 back into the tube 1, the movement of the cutting blades being controlled by the stud 17
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moving in the curved slot 18 of each cutting blade.
When the cutting blades are returned to their rest position, it is possible to remove the cutting bit before placing an anchoring pad or the like in the hole and anchoring it in place with cement or any other grout.
In a second embodiment of the present invention, the cutting head of the cutting bit is replaced by a solid head 30 (see FIG. 3) carried by the metal bar 5 via a ball stop 31, and the hydraulic circuit. lique is deleted. An elastic element 32 is mounted between the tube 1 and an extension 33 of the head 30 so as to apply an annular flange 34 of the extension 33 against an annular extension 35 of the metal bar 5. In this way, the metal bar 5 is normally pushed back by the elastic element 32 into a position in which the cutting blades 10 and 11 are at rest.
In use, the cutting bit attached to the end of the shaft 26 which in this case does not require 'coatings 27 and 28, is lowered into a previously drilled hole until the massive head 30 comes into contact with the ground or rock at the bottom of the hole. The pressure on the shaft 26 causes the tube 1 to move relative to the metal bar 5 against the action of the elastic element 32 and causes the cutting blades 10 and 11 to pivot into their active position. The shaft 26 is driven in rotation, while maintaining the pressure applied to the shaft, in order to frequently rotate the cutting blades 10 and 11, thus enlarging the hole.
When one wishes to withdraw ;. from the hole the cutting bit, the pressure on the shaft 26 is removed and the cutting blades 10 and 11 return to the inside of the tube 1 under the action of the elastic element 32. The cutting bit can then be removed. .
In another embodiment shown on
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Figures 5 and 6, the profiled cutting blades 10 and 11 are replaced by two articulated toothed knives 37 and 38 extending along the cutting bit. Each knife 37 or 38 has an arcuate cross section so as to rest closely against the tube 1 in the rest position and is fixed at one end via a pivot 39 to the tube 1 and 'other end via a pivot 40 to the metal bar 5 which in this case is hollow and is grooved so that it can move lingitudinally with respect to the tube 1, but is forced to rotate with this tube 1.
The metal bar 5 projects beyond the end of the tube and is equipped with a massive head 30 which it carries by means of a ball stop 31 in a manner similar to that described for the cutting bit shown in Figure 4.
In use, the bit, attached to the end of shaft 26, is lowered into a previously drilled hole until massive head 30 contacts the bottom of the hole.
The pressure on the shaft 26 causes the tube 1 to move relative to the grooved metal bar 5, thus causing the articulated knives 37 and 38 to pivot radially outward in the active position, the active position of the knife 37 being indicated. in phantom in FIG. 5. The shaft 26 is then driven in rotation in order to make the knives 37 and 38 turn and at the same time sends compressed air into the cavity of the grooved metal bar 5, this air escaping through holes 41 drilled just behind the massive head 30 so as to prevent stuffing of the knives 37 and 38. The hole is thus sharpened by the widening of the wall of the hole in the vicinity of its bottom.
When it is desired to remove the cutting bit from the hole, the shaft 26 is withdrawn, the tube 1 moves relative to the grooved metal bar 5 and the articulated knives 37 and 38 pivot back.
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vere their rest position in which they are applied against the tube. This type of cutting bit is particularly suitable for widening holes in layers of clay.
Reference is now made to FIG. 7; the cutting bit shown in FIG. 2 can be actuated by the mechanism which comprises a hollow shaft or forhge tube 42 at one end of which the tube 1 of the cutting bit is fixed.
At the other end of the hollow shaft or drill pipe 42 is attached the output shaft 43 of a known type of drill 44.
Thus, the rotation of the motor 44 causes the rotation of the hollow shaft 42 of the tube 1 of the cutting bit and of the cutting head of the type shown in FIG. 1 in order to drill a hole in the ground or the rock.
Inside the hollow shaft 42 there is a rod 45 which can slide longitudinally relative to the shaft 42 and one end of which is threaded to cooperate with a ± 46 threaded hole in the end of the metal bar 5 opposite to the cutting head. The rod 45 protrudes through a hole 47 through the drilling machine 44 and is attached beyond the machine to a device (not shown) of known shape intended to apply a tensile force to the rod 45.
In use, a hole is drilled in the ground or rock by rotating the shaft 42, the cutting bit and the cutting head through the drill 44. When the hole has been drilled to the desired depth, the rod 1.5 in the shaft 42 is pulled by means of the device intended to apply a tensile force and the metal bar 5 in the cutting bit slides with respect to the tube 1 until the cutting blades s' extend through the openings in the wall of the cutting bit to the active position as has been described with reference to Figure 2. The shaft 42 is driven cn
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rotation and scour or widening of the hole takes place.
The tensile force on the rod 45 is then removed and the cutting blades retract into the tube of the cutting bit to allow the latter to be removed from the hole as previously described.
It will be noted that we small introduce the rod into the hollow shaft to cooperate with the metal bar of the cutting bit after the drilling of the hole has been carried out.
It will also be noted that one can use, if desired, a rod or one or more cables to actuate the metal bar of the bit.
In another embodiment (not shown), a hydraulic or pneumatic piston and cylinder device is mounted on the cutting bit in the vicinity of each cutting blade and replaces the metal bar as a device for operating the cutting blades. The actuation of piston and cylinder devices causes the cutting blades to move from their rest position to their active position, a return spring being provided to return each cutting blade when it is desired to move the bit up from the hole.
It will be appreciated that the blades may have sharp edges, teeth, hardened stellite tips or a coating of a tungsten carbide matrix depending on the type of layer to be drilled.
You can use water instead of compressed air to prevent the knives from stuffing. Compressed air can be used instead of hydraulic fluid to actuate the piston in the first embodiment.
It will also be appreciated that the number and shape of the cutting blades can be varied at will to meet the specifications of the anchor and, if desired, a single cutting blade can be used.
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A cutting bit in accordance with the present invention is particularly suitable for forming an enlarged hole in the anchoring method described below with reference to FIG. 8.
Reference is now made to FIG. 8; the method of forming an anchor for a pile 49 supporting a block 50 of material of the type in which a hole drilled in the block 50 maintains its diameter for some time, comprises the step of drilling a downwardly sloping hole 51, preferably having a diameter between 7.5 and 15 cm, in the block 50 and which extends from a predetermined position 52 relative to the pile 49 to a position lying beyond the predetermined plane of rupture of the block, this rupture plane being indicated by a dashed line 53. The drilling tool is then withdrawn from the hole 51 and a multiple barb anchor 54 is lowered into the lathe 51 until the entire sole of a - crge is located beyond the plane 53 of rupture of the massif 50.
Before lowering the sole into the hole 52, a coated rod 55 is screwed into a threaded bore in the rear end of the sole, the rod 55 having a predetermined length such that when the anchor sole 54 is in its correct position, the free end of the rod 55 can be fixed to the stake 49. In this way, the anchoring flange 54 can be positioned precisely with respect to the predetermined plane 53 of rupture of the block. A rigid grout tube (not shown) is introduced into the hole 52 around the rod 55 and is lowered until it comes into contact with the anchor saddle 54.
At the end contacting the sole of the grout tube is formed a spring steel cage covered with flexible rubber (not shown) which, when pressed against the anchor sole 54, flares outward to seal the hole around the end of the grout tube. Cement grout 56
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subjected to a determined pressure is then introduced into the tube and surrounds the anchoring flange 54 to position it solidly inside the stable mass of material beyond the plane 53 of rupture. During this stage, the tube is applied against the anchor saddle 54 to maintain the seal.
The pressure applied to the cement grout 56 is determined by the physical properties of the material and determines the final shape of the anchor.
When the pressure acting on the tube is removed, the spring steel cage returns to a position which allows the tube to be withdrawn from the hole. When removing the tube, cement grout is continued to be fed into the tube so as to fill the hole around the coated rod. The coating of the rod is of the type which does not adhere to cement, so that it is possible to post-stress the rod. The cement surrounding the rod increases the stability of the mass in the area supported by the pile.
In the event that the mass of material is such that the hole must be maintained throughout the drilling of the hole, the latter is carried out by a rotating auger followed by a casing tube advancing at the same speed, the tube having a head with an edge. cutting or suitable parts and being re-rotated or oscillated to facilitate its passage through the material. When the determined depth of the hole has been reached, the auger is removed and the anchor plate with the corresponding coated rod is inserted, and the grouting begins.
When drilling the hole, any of the cutting bits described above can be used to increase the diameter of the hole where the anchor flange is to be placed, thereby increasing the cross section of the hole at that point. place. After which, we remove the cutting bit from the hole
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and the anchoring sole and the rod or the coated cable are introduced and grout is brought before or after the introduction of the sole.
An alternative to sealing the end of the grout tube relative to the hole is to use products which mix in the section preceding the anchor flange and which form a hard synthetic cement which seals the end of the tube relative to the hole. at the hole. This method is particularly suitable in plastic clays, when the grout tube is not removed, but remains in the hole during the entire setting period of the cement to maintain a pressure around the anchor flange. and ±,. 'thus oppose the creep of clays.
Another procedure to seal the end of the grout tube is to use a spring steel cone that is applied to the end of the grout tube, the cone being arranged to expand outward and seal the hole when pressure is applied to the cement grout.
In some cases of beds, it is not necessary to bring the cement grout under pressure and, in this case, it is not necessary to seal the hole at the end of the grout tube, the grout of cement being simply poured into the grout tube to secure the anchor in place.
As a variant, in analogous cases, it is first possible to bring synthetic resins into the hole and to make them follow through the sole or the block. The displacement of the sole or the block causes a mixture of resins which forms a mass of synthetic grout.
It will easily be noted that one or more coated rods, or alternatively one or more coated targets, can be used, depending on the conditions of the base and the anchoring specifications.
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Ties or targets may be coated, either by coating or by wrapping, the coating material always being of the type which does not attach to the surrounding slack so as to allow the rod or cable to elongate. freely when necessary. The thickness and the type of coating are variable according to the purpose of the anchoring, temporary or permanent.
Depending on the conditions, a flexible grout tube can be used instead of a rigid tube. The anchoring flange may be replaced by a block or an element having: a shape appropriate to the properties of the block to be retained and the specifications of the anchoring, the shape having indentations or shoulders to obtain the resistance of maximum anchorage, The rod or cable may be welded, stamped, cored or fixed in any other way in the sole, block or anchoring element so as to ensure an effective connection.
It should be noted that the anchoring method according to the present invention has the advantage of obtaining the maximum anchoring due to the design of the sole, of the block or of the anchoring element, of the position in which it is placed, the pressure of the cement slurry or the shape of the enlargement of the hole depending on the physical properties of the block to be retained, and whether the rods or cables are free to elongate at inside the cement so that post-stress can be applied after the cement has set so that the cement covering the rods or cables serves as a compression pile increasing the stability of the system.
It is obvious that any suitable type of grout can be used in place of a cement grout, for example a synthetic plastic grout.