EP0131562B1 - Method for casting piles by means of a drive-out screw - Google Patents
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- EP0131562B1 EP0131562B1 EP19840870097 EP84870097A EP0131562B1 EP 0131562 B1 EP0131562 B1 EP 0131562B1 EP 19840870097 EP19840870097 EP 19840870097 EP 84870097 A EP84870097 A EP 84870097A EP 0131562 B1 EP0131562 B1 EP 0131562B1
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- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
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- E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
- E02D5/22—Piles
- E02D5/34—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same
- E02D5/36—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same making without use of mouldpipes or other moulds
Definitions
- the present invention relates to a method for sinking by means of a discharge screw, concrete piles molded into the ground and provided with an enlarged seat.
- a device for making a foundation stake in a laterally repressible soil is already known from Belgian Patent No. 747,807.
- Screw piles are shaped using a steel tube, provided at the base with a drilling tool. This is screwed into the ground using a drilling table comprising a pushing mechanism which drives down the steel tube.
- the soil is compressed laterally by the screw so that (from the point of view of soil mechanics, these piles are entirely identical to beaten piles formed in the ground) an area of compacted ground forms around the pile, comparable to what happens with the piles molded into the ground. With the screw pile, the soil is not moved but only compressed laterally.
- the concrete slides, under the effect of static pressure and / or the force of gravity, into the formed cavity which regularly fills with reinforced concrete.
- a helical flange is welded to the screw; this flange therefore only serves to provide the drilling crew with the necessary vertical reaction.
- the helical shape gives the pile a higher resistance to friction, but due to the too small thickness (taken into account when calculating the useful range on the bearing layer) of the screw formed in the ground, we do not hold not take into account the helical shape for the dimensioning of the load limit by lateral friction. Hitherto, only the diameter of the pile shaft (without screws) has been taken into account for the calculation of the lift by lateral friction.
- the present invention aims to deeply improve the above embodiment. It makes it possible to produce a screw pile having better resistance to friction and, consequently, a higher breaking load.
- the invention relates to a method for producing a screw pile in the ground by means of an assembly consisting of a tube and a drilling head comprising a helical screw, the diameter of said drilling head increasing up to to the desired diameter of the pile shaft.
- a solid helix-shaped flange is welded on a revolution.
- the screw is provided with a free drilling point provided with unidirectional stops, which is screwed to the required depth, using a rotation table with pressure mechanism.
- a characteristic feature consists in applying to the above-mentioned crew, when screwing up, a sufficient tensile force to make the upward displacement of the tube greater than that resulting from the rotation of the tube, taking into account of the screw pitch.
- An essential and different feature of the other embodiments consists in unscrewing the drilling head provided with a thread by applying said tensile force. There appears a free space in the shape of a helix, which has a section such that it can be taken into account for the calculation of the payload limit.
- Screw piles are concrete piles molded into the ground, made by pouring concrete into a borehole, obtained by a discharge screw.
- the discharge screw which is designated as a whole by the reference notation 1, comprises an assembly consisting of a steel tube 2 and a drilling head 3.
- the tube is made up of various steel tube elements which each have a length of 6 m for example.
- the tube elements are interconnected by identical coupling members.
- the drill head is a piece of cast iron and manganese steel with a helical shape whose diameter increases in a spiral to a diameter equal to the desired diameter of the pile.
- a 51st propeller was welded along a revolution.
- This propeller 5 is made of manganese steel.
- the drilling head 3 has at its lower part a free drilling point 6.
- the drilling point 6 is made of cast iron. During drilling, it forms the seal of the injection tube 2. This point 6 is driven by two unidirectional stops 7 in a direction of rotation. During unscrewing, the tip remains abandoned in the ground. The point has a cross section 8. Other forms are also possible.
- the steel injection tube 2 is screwed into the ground by rotation about its median axis LL 'using a rotary drive mechanism or rotation table 9 and under the influence of a pressure mechanism 10.
- the drive mechanism 9 comprises in the example chosen, four hydraulic motors 11 and a set of gears which actuates a drum 13.
- the rotational movement is transmitted to the injection tube by means of continuous tongues 14 made of steel by rings with heavy rollers 16.
- the rings are joined together using pins 17 made of steel. In the event of wear, a ring can easily be replaced.
- the rotary drum 13 rests on the rotary table by means of thrust roller bearings.
- the housing 20 of the rotary table with the cover 21 above forms a fixed part of the machine and is fixed with nuts 22 to the frame 19.
- the pressure mechanism 10 consists of two thrust bearings 23, 24 which are both actuated by two main hydraulic cylinders 25, 26 upwards and downwards.
- the thrust bearings 23, 24 can communicate various combinations of movement to the injection tube 2. By driving in turn, the injection tube 2, either up or down, they impart a translational movement continuous to tube 2.
- the unsolicited thrust bearing returns at high speed to the starting point. Due to the fact that a rotational movement around the center line of the discharge screw is transmitted simultaneously, the drilling head 3 also moves continuously like a helix in the ground.
- the thrust bearings 23, 24 can, if necessary, work together periodically.
- a periodic translation with double power is recommended for example for drilling hard layers of ground; but this double power is above all necessary at the start of the withdrawal of the drilling head; it is necessary at this moment, in fact, to exert a very significant traction on the tube in order to form an enlarged seat and the initial helical shape.
- At least three steel guide rods 29 guide the translational movement of each thrust bearing 23, 24.
- the hydraulic cylinders 25, 26 are fixed at their upper part to the thrust bearings 23, 24 and at their lower part at chassis 19 by means of spherical hinges 30. This avoids bending stresses in the jacks.
- connection of the thrust bearings 23, 24 with the tube 2 is carried out using spring pawls 31, 32 which are supported on a discontinuous tab of the injection tube.
- Each spring pawl 31, 32 has a very hard steel nose which is pushed into an opening 36 of the discontinuous tongue by a spring 35.
- the flat gives the translational movement of the jack 25, 26 to the drill pipe.
- the oblique part slides on the discontinuous steel tongue.
- Each pawl 31, 32 can be turned over in a jiffy, a half turn or a quarter turn, to modify the position and therefore the operation.
- the tube 2 is actuated by a rotating drum 13 and by the two thrust bearings 23, 24 moved downwards, at the same time or in turn, until the required resistance or depth is reached .
- a steel frame 37 is optionally brought into the injection tube.
- the drill hole formed immediately fills with concrete under high static pressure, while the steel frame 37 remains in place in the ground.
- the width and thickness of the propeller section are determined by the adjustment of the tensile force so that they can be taken into account for the calculation of the pile payload.
- the payload of a screw pile is determined by the admissible soil stress under the base of the pile and the lateral friction resistance to be taken into account.
- the surface of the pile base and the lateral surface are determined from the outside diameter of the screw pile made.
- the payload is limited by the admissible stress of the concrete in the pile of the pile.
- the steel frame can vary according to the stress or the prescriptions. It can be installed over the total length of the pile, which can include more than 20 m. In many cases, a 4 or 6 m head reinforcement is sufficient, which can be placed in fresh concrete after the pile has been made.
- the piles can also be made obliquely.
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Description
La présente invention est relative à un procédé pour lefonçage au moyen d'une vis à refoulement, de pieux en béton moulés dans le sol et pourvus d'une assise élargie.The present invention relates to a method for sinking by means of a discharge screw, concrete piles molded into the ground and provided with an enlarged seat.
Elle trouve sa principale application dans la réalisation sans vibrations et sans bruit de pieux de fondation en béton, en tant qu'éléments de soutènement pour bâtiments et ponts dans le voisinage de constructions existantes.It finds its main application in the vibration-free and noise-free production of concrete foundation piles, as supporting elements for buildings and bridges in the vicinity of existing constructions.
Un dispositif pour réaliser un pieu de fondation dans un sol refoulable latéralement, est déjà connu par le brevet belge n° 747 807. Des pieux vissés sont façonnés à l'aide d'un tube d'acier, muni à la base d'un outil de forage. Celui-ci est vissé dans le sol à l'aide d'une table de forage comprenant un mécanisme de poussée qui entraîne vers le bas, le tube en acier.A device for making a foundation stake in a laterally repressible soil is already known from Belgian Patent No. 747,807. Screw piles are shaped using a steel tube, provided at the base with a drilling tool. This is screwed into the ground using a drilling table comprising a pushing mechanism which drives down the steel tube.
Le sol est comprimé latéralement par la vis de sorte que (du point de vue de la mécanique des sols, ces pieux sont entièrement identiques à des pieux battus formés dans le sol) une zone de terrain rendu compact se forme autour du pieu, comparable à ce qui se passe avec les pieux moulés dans le sol. Avec le pieu vissé, le sol n'est pas remué mais uniquement comprimé latéralement.The soil is compressed laterally by the screw so that (from the point of view of soil mechanics, these piles are entirely identical to beaten piles formed in the ground) an area of compacted ground forms around the pile, comparable to what happens with the piles molded into the ground. With the screw pile, the soil is not moved but only compressed laterally.
. Lorsque la profondeur souhaitée est atteinte, on met une armature d'acier en place dans le tube à l'aide d'une grue; ensuite, on coule du béton dans le tube et le réservoir. On effectue ensuite une rotation en sens inverse, vers le haut du tube. La partie inférieure de la vis se détache et reste comme partie abandonnée dans le sol.. When the desired depth is reached, a steel frame is placed in the tube using a crane; then concrete is poured into the tube and the tank. Then rotate in the opposite direction, up the tube. The lower part of the screw comes off and remains as an abandoned part in the ground.
Tandis que le tube est dévissé, le béton glisse, sous l'effet de la pression statique et/ou de la force de gravité, dans la cavité formée qui se remplit régulièrement de béton armé.As the tube is unscrewed, the concrete slides, under the effect of static pressure and / or the force of gravity, into the formed cavity which regularly fills with reinforced concrete.
Dans une autre forme connue de réalisation on soude sur la vis une bride en forme d'hélice; cette bride sert donc uniquement à procurer à l'équipage de forage la réaction verticale nécessaire.In another known embodiment, a helical flange is welded to the screw; this flange therefore only serves to provide the drilling crew with the necessary vertical reaction.
Avec l'équipage de forage on réalisé des pieux à vis comportant un fût en forme d'hélice.With the drilling crew, screw piles with a propeller-shaped barrel were produced.
La forme en hélice confère au pieu une résistance au frottement plus élevée, mais en raison de l'épaisseur trop faible (prise en considération lors du calcul de la portée utile sur la couche portante) de la vis formée dans le sol, on ne tient pas compte de la forme en hélice pour le dimensionnement de la limite de charge par frottement latéral. Jusqu'à présent, on n'a toujours pris en considération pour le calcul de la portance par frottement latéral, que le diamètre du fût du pieu (sans vis).The helical shape gives the pile a higher resistance to friction, but due to the too small thickness (taken into account when calculating the useful range on the bearing layer) of the screw formed in the ground, we do not hold not take into account the helical shape for the dimensioning of the load limit by lateral friction. Hitherto, only the diameter of the pile shaft (without screws) has been taken into account for the calculation of the lift by lateral friction.
La présente invention a pour but de perfectionner profondément la forme de réalisation susdite. Elle permet de réaliser un pieu à vis présentant une meilleure résistance au frottement et, par conséquent, une charge de rupture plus élevée.The present invention aims to deeply improve the above embodiment. It makes it possible to produce a screw pile having better resistance to friction and, consequently, a higher breaking load.
L'invention concerne un procédé pour réaliser dans le sol un pieu à vis au moyen d'un équipage constitué d'un tube et d'une tête de forage comprenant une vis de forme hélicoïdale, le diamètre de ladite tête de forage augmentant jusqu'au diamètre souhaité du fût du pieu. Le long de ce diamètre on soude une bride solide en forme d'hélice, sur un tour de révolution. A sa partie inférieure, la vis est pourvue d'une pointe de forage libre munie de butées unidirectionnelles, laquelle est vissée à la profondeur exigée, à l'aide d'une table de rotation avec mécanisme de pression.The invention relates to a method for producing a screw pile in the ground by means of an assembly consisting of a tube and a drilling head comprising a helical screw, the diameter of said drilling head increasing up to to the desired diameter of the pile shaft. Along this diameter, a solid helix-shaped flange is welded on a revolution. At its lower part, the screw is provided with a free drilling point provided with unidirectional stops, which is screwed to the required depth, using a rotation table with pressure mechanism.
Une particularité caractérisante consiste en ce qu'on applique sur l'équipage susdit, lors du vissage vers le haut, une force de traction suffisante pour rendre le déplacement vers le haut du tube plus grand que celui résultant de la rotation du tube, compte tenu du pas de la vis. Une particularité essentielle et différente des autres modes de réalisation consiste à dévisser la tête de forage munie d'un pas de vis en appliquant ladite force de traction. Il apparaît un espace libre en forme d'hélice, qui présente une section telle qu'elle puisse entrer en ligne de compte pour le calcul de la charge limite utile.A characteristic feature consists in applying to the above-mentioned crew, when screwing up, a sufficient tensile force to make the upward displacement of the tube greater than that resulting from the rotation of the tube, taking into account of the screw pitch. An essential and different feature of the other embodiments consists in unscrewing the drilling head provided with a thread by applying said tensile force. There appears a free space in the shape of a helix, which has a section such that it can be taken into account for the calculation of the payload limit.
Suivant une caractéristique importante de l'invention, on exerce une forte traction vers le haut lors du dévissage de la vis à refoulement. Par tour de révolution, la translation est égale à la somme du pas de la vis et une différence prédéterminée du pas. Par conséquent, il se forme un espace libre en forme d'hélice dont la hauteur est égale à la somme de l'épaisseur de la bride et de la différence de pas. L'espace libre ainsi formé se remplit immédiatement de béton sous l'influence des forces de gravité susdites.According to an important characteristic of the invention, there is a strong upward pull when unscrewing the discharge screw. By revolution, the translation is equal to the sum of the pitch of the screw and a predetermined difference of the pitch. Consequently, a free space in the form of a helix is formed, the height of which is equal to the sum of the thickness of the flange and the difference in pitch. The free space thus formed immediately fills with concrete under the influence of the above-mentioned gravity forces.
Ces particularités et d'autres détails de l'invention apparaîtront au cours de la description détaillée suivante, faisant référence aux dessins ci-annexés, qui représentent, à titre d'exemple, une forme de réalisation spécifique et dans lesquels:
- la figure 1 est une vue en élévation latérale d'un dispositif de forage qui peut mettre en oeuvre le procédé suivant l'invention;
- la figure 2 est une vue latérale partiellement en coupe du trépan à refoulement et du tube;
- les figures 3 à 7 sont des couples transversales de l'ensemble de forage qui illustrent les diverses étapes pour mettre en place un pieu à vis dans le sol.
- Figure 1 is a side elevational view of a drilling device which can implement the method according to the invention;
- Figure 2 is a partially sectioned side view of the discharge drill bit and the tube;
- Figures 3 to 7 are transverse couples of the drilling assembly which illustrate the various steps for setting up a screw pile in the ground.
Dans ces dessins, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques ou analogues.In these drawings, the same reference notations designate identical or analogous elements.
Les pieux à vis sont des pieux en béton moulés dans le sol, réalisés en versant du béton dans un trou de forage, obtenu par une vis à refoulement.Screw piles are concrete piles molded into the ground, made by pouring concrete into a borehole, obtained by a discharge screw.
Comme montré à la figure 2, la vis à refoulement, qui est désignée dans son ensemble par la notation de référence 1, comprend un équipage constitué d'un tube 2 en acier et une tête de forage 3.As shown in FIG. 2, the discharge screw, which is designated as a whole by the reference notation 1, comprises an assembly consisting of a
Le tube est constitué de divers éléments de tube en acier qui ont chacun une longueur de 6 m par exemple. Les éléments de tube sont reliés entre eux par des organes d'accouplement identiques.The tube is made up of various steel tube elements which each have a length of 6 m for example. The tube elements are interconnected by identical coupling members.
La tête de forage est une pièce en fonte et en acier au manganèse avec une forme hélicoïdale dont le diamètre augmente selon une spirale jusqu'à un diamètre égal au diamètre souhaité du pieu. Sur la pièce en fonte, on a soudé une hélice 51e long d'une révolution. Cette hélice 5 est réalisée en acier au manganèse.The drill head is a piece of cast iron and manganese steel with a helical shape whose diameter increases in a spiral to a diameter equal to the desired diameter of the pile. On the cast iron part, a 51st propeller was welded along a revolution. This
La tête de forage 3 comporte à sa partie inférieure une pointe de forage libre 6. La pointe de forage 6 est réalisée en fonte. Elle forme pendant le forage, l'étanchement du tube d'injection 2. Cette pointe 6 est entraînée par deux butées unidirectionnelles 7 dans un sens de rotation. Lors du dévissage, la pointe reste abandonnée dans le sol. La pointe a une section 8 en forme de croix. D'autres formes sont également possibles.The
Le tube d'injection en acier 2 est vissé dans le sol par rotation autour de son axe médian L-L' à l'aide d'un mécanisme d'entraînement rotatif ou table de rotation 9 et sous l'influence d'un mécanisme de pression 10.The
Le mécanisme d'entraînement 9 comporte dans l'exemple choisi, quatre moteurs hydrauliques 11 et un jeu d'engrenages qui actionne un tambour 13.The drive mechanism 9 comprises in the example chosen, four hydraulic motors 11 and a set of gears which actuates a
Le mouvement de rotation est transmis au tube d'injection par l'intermédiaire de languettes continues 14 en acier par des bagues avec de lourds galets 16. La solidarisation des bagues est réalisée à l'aide de tourillons 17 en acier. En cas d'usure on peut facilement remplacer une bague. Le tambour rotatif 13 repose sur la table rotative par l'intermédiaire de roulements à tonnelets de butée.The rotational movement is transmitted to the injection tube by means of
Le boîtier 20 de la table de rotation avec au-dessus le couvercle 21 forme une partie fixe de la machine et est fixée à l'aide d'écrous 22 au châssis 19.The
Le mécanisme de pression 10 est constitué de deux paliers de butée 23, 24 qui sont actionnés tous deux par deux vérins principaux hydrauliques 25, 26 vers le haut et vers le bas. Les paliers de butée 23, 24 peuvent communiquer diverses combinaisons de mouvement au tube d'injection 2. En entraînant à tour de rôle, le tube d'injection 2, soit vers le haut, soit vers le bas, ils confèrent un mouvement de translation continu au tube 2. Le palier de butée non sollicité retrouve à vive allure au point de départ. En raison du fait qu'un mouvement de rotation autour de la ligne médiane de la vis à refoulement est transmis simultanément, la tête de forage 3 se déplace également en continu à la manière d'une hélice dans le sol.The
Les paliers de butée 23, 24 peuvent, si nécessaire, travailler ensemble périodiquement. Une translation périodique avec double puissance est préconisée par exemple pour le forage de couches dures de terrain; mais cette double puissance est avant tout nécessaire au début du retrait de la tête de forage; il faut à ce moment, en effet, exercer une traction très importante sur le tube afin de former une assise élargie et la forme en hélice initiale.The
Au moins trois tiges de guidage 29 en acier assurent le guidage du mouvement de translation de chaque palier de butée 23, 24. Les vérins hydrauliques 25, 26 sont fixés à leur partie supérieure aux paliers de butée 23, 24 et à leur partie inférieure au châssis 19 au moyen de charnières sphériques 30. On évite ainsi des contraintes de flexion dans les vérins.At least three
La liaison des palier de butée 23, 24 avec le tube 2 est réalisée à l'aide de cliquets à ressort 31, 32 qui s'appuient sur une languette discontinue du tube d'injection.The connection of the
Chaque cliquet à ressort 31, 32 comporte un nez en acier très dur qui est poussé dans une ouverture 36 de la languette discontinue par un ressort 35.Each
Le méplat donne le mouvement de translation du vérin 25, 26 au tube de forage. Lors de la course à vide, la partie oblique glisse sur la languette discontinue en acier.The flat gives the translational movement of the
Chaque cliquet 31, 32 peut être retourné en un tour de main, d'un demi-tour ou d'un quart de tour, pour en modifier la position et donc le fonctionnement.Each
Il y a trois positions possibles:
- - engrènement uniquement en montée;
- - engrènement uniquement en descente, par inversion d'un demi-tour;
- - position neutre selon laquelle le cliquet reste retiré par inversion d'un quart de tour.
- - engagement only uphill;
- - meshing only when going downhill, by reversing a half-turn;
- - neutral position according to which the pawl remains removed by reversing a quarter turn.
Le tube 2 est actionné par un tambour 13 en rotation et par les deux paliers de butée 23, 24 mûs vers le bas, en même temps ou à tour de rôle, jusqu'à ce que la résistance ou la profondeur exigée soit at- tainte.The
Dès que le tube est mis en place dans le sol, on amène éventuellement une armature 37 en acier dans le tube d'injection.As soon as the tube is placed in the ground, a
Lors du dévissage vers le haut du tube, on prend des mesures pour assurer une combinaison particulière de translation vers le haut et de rotation en sens inverse, au début de l'opération. C'est en cela que le procédé suivant l'invention se distingue de toutes les méthodes de travail connues.When unscrewing the tube upwards, measures are taken to ensure a particular combination of upward translation and reverse rotation at the start of the operation. It is in this that the method according to the invention differs from all known working methods.
Lors du dévissage vers le haut, on applique sur le tube un très grand effort de traction, de sorte que le mouvement vers le haut, à chaque révolution, est supérieur au pas de l'hélice. Il se forme donc un espace libre 38 en forme d'hélice, qui se remplit immédiatement de béton. La formation de cette hélice par le respect d'une différence de vitesse déterminée se distingue de toutes les autres méthodes de travail. Il est donc possible de former un élément hélicoïdal de dimension déterminée, sur toute la longueur du pieu à vis.When unscrewing upwards, a very large tensile force is applied to the tube, so that the upward movement, at each revolution, is greater than the pitch of the propeller. A
A mesure qu'on retire le tube, le trou de forage formé se remplit immédiatement de béton sous une haute pression statique, tandis que l'armature 37 en acier reste en place dans le sol.As the tube is removed, the drill hole formed immediately fills with concrete under high static pressure, while the
La largeur et l'épaisseur de la section de l'hélice sont déterminées par le réglage de l'effort de traction de telle manière qu'elles puissent entrer en ligne de compte pour le calcul de la charge utile du pieu.The width and thickness of the propeller section are determined by the adjustment of the tensile force so that they can be taken into account for the calculation of the pile payload.
La charge utile d'un pieu à vis est déterminée par la contrainte de sol admissible sous la base du pieu et la résistance de frottement latérale à prendre en considération. La surface de la base du pieu et la surface latérale, sont déterminées à partir du diamètre extérieur du pieu à vis réalisé.The payload of a screw pile is determined by the admissible soil stress under the base of the pile and the lateral friction resistance to be taken into account. The surface of the pile base and the lateral surface are determined from the outside diameter of the screw pile made.
La charge utile est limitée d'un autre côté par la contrainte admissible du béton dans le fût du pieu.On the other hand, the payload is limited by the admissible stress of the concrete in the pile of the pile.
L'armature en acier peut varier selon la sollicitation ou les prescriptions. Elle peut être mise en place sur la longueur totale du pieu qui peut comporter plus de 20 m. Dans de nombreux cas, une armature de tête de 4 ou 6 m est suffisante, qui peut être mise en place dans le béton frais après qu'on ait réalisé le pieu.The steel frame can vary according to the stress or the prescriptions. It can be installed over the total length of the pile, which can include more than 20 m. In many cases, a 4 or 6 m head reinforcement is sufficient, which can be placed in fresh concrete after the pile has been made.
Il est évident que l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation précitée et que de nombreuses modifications peuvent y être apportées sans la soustraire de la portée des revendications.It is obvious that the invention is not limited to the aforementioned embodiment and that numerous modifications can be made to it without removing it from the scope of the claims.
Au lieu d'être mis en place verticalement, les pieux peuvent également être réalisés obliquement.Instead of being placed vertically, the piles can also be made obliquely.
Claims (3)
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