EP0413676B1

EP0413676B1 - Process for fixing anchors

Info

Publication number: EP0413676B1
Application number: EP19900870128
Authority: EP
Inventors: Hugo Smet
Original assignee: SMET-BORING NV
Current assignee: SMET-BORING NV
Priority date: 1989-08-14
Filing date: 1990-08-14
Publication date: 1993-12-15
Anticipated expiration: 2010-08-14
Also published as: BE1004389A3; EP0413676A1

Description

La présente invention concerne un procédé de fixation dans le sol d'ancrages, de boulons et d'équipements équivalents , par creusement d'un trou foré en utilisant une tête de forage et par par l'injection d'un coulis de ciment, selon lequel procédé (voir préambule de la revendication 1 annexée):

on réalise le trou foré en question en enfonçant ou en faisant forer dans le sol un tube de forage (2) comportant une tête de forage et on agrandit le diamètre du trou foré par injection sous pression d'un liquide,
on utilise pour cela un tube de forage rotatif muni d'une tête de forage, on place dans l'axe central du tube de forage ledit équipement, la longueur de cet équipement correspondant sensiblement à celle du tube de forage, et, dans la phase finale, on laisse en place dans le sol l'équipement en question ci-dessus lors du retrait du tube de forage tandis que du coulis de ciment est injecté sous pression autour de l'équipement dans la cavité forée élargie formée. Un tel procédé est connu du document FR-A-2144079.

The present invention relates to a method of fixing anchors, bolts and equivalent equipment in the ground, by digging a hole drilled using a drilling head and by injecting a cement grout, according to which process (see preamble to claim 1 appended):

the drilled hole in question is produced by driving a drilling tube (2) having a drilling head into it or drilling it into the ground and the diameter of the drilled hole is enlarged by injection of a liquid under pressure,
a rotary drilling tube with a drilling head is used for this, said equipment is placed in the central axis of the drilling tube, the length of this equipment corresponding substantially to that of the drilling tube, and, in the phase Finally, the equipment in question above is left in place in the soil during the withdrawal of the drill pipe while cement grout is injected under pressure around the equipment into the enlarged drilled cavity formed. Such a method is known from document FR-A-2144079.

Des équipements tels que des ancrages et des boulons, qui peuvent être mis dans le sol verticalement, horizontalement ou sous n'importe quel angle, sont fixés jusqu'à présent suivant l'une des techniques décrites ci-après:

a) Sous un angle de 0 à 90°, un trou de forage est réalisé dans le sol, éventuellement par utilisation d'un rinçage à l'eau et/ou d'air. Dans le cas de cette manipulation, un coulis peut être injecté;
b) après l'exécution du trou foré, l'ancrage (boulons ou équipements) pourvu ou non de tubulures d'injection et/ou de moyens d'étanchéité est placé dans le trou foré;
c) l'ancrage est fixé dans le trou foré, qui éventuellement aussi y a été élargi au moyen de ce que l'on appelle du taillage par jet ou de techniques de coulage, par injection dans le trou foré de produits durcissants, en majorité du ciment. Les produits durcissants, comme par exemple entre autres le ciment, peuvent être coulés sous pression dans le trou foré;
d) par l'utilisation de certaines mesures, comme par exemple simultanément un vibrage (ou forage) et la fixation de l'ancrage, du boulon ou de l'équipement, l'ancrage est fixé dans le sol. Dans ce dernier procédé, on utilise les vibrations provoquées par le martelage et du coulis doit être pompé dedans sous une très haute pression;
e) un trou agrandi peut aussi être réalisé, ce qui peut surtout être nécessaire dans des sols à très haute cohésion, un utilisant la technique de jet et coulis à hauteur de la racine de l'ancrage.

Equipment such as anchors and bolts, which can be placed in the ground vertically, horizontally or at any angle, have so far been fixed using one of the techniques described below:

a) At an angle of 0 to 90 °, a borehole is made in the ground, possibly by using a rinse with water and / or air. In the case of this manipulation, a grout can be injected;
b) after the execution of the drilled hole, the anchor (bolts or equipment) with or without injection pipes and / or sealing means is placed in the hole drilled;
c) the anchor is fixed in the drilled hole, which possibly also has been widened there by means of what is called jet cutting or casting techniques, by injection into the drilled hole of hardening products, in majority cement. Hardening products, such as cement, for example, can be poured into the drilled hole under pressure;
d) by using certain measures, such as simultaneously vibrating (or drilling) and fixing the anchor, bolt or equipment, the anchor is fixed in the ground. In the latter method, vibrations caused by hammering are used and the grout must be pumped into it under very high pressure;
e) an enlarged hole can also be made, which may especially be necessary in soils with very high cohesion, using the spray and grout technique at the height of the root of the anchor.

Les points a, b, c cités ci-dessus s'apparentent à la technique décrite dans le brevet FR-A-2 541 703 au nom de Bataille. Les points a, b, c, d et e s'apparentent, eux, à la technique décrite par la demande de brevet DE-A- 31 08 331 (voir préambule de la revendication 4 annexée) au nom de GKN Keller. Les points a,b,c,e s'apparentent à la technique décrite dans le document FR-A-2144079 précité.The points a, b, cited above are similar to the technique described in patent FR-A-2,541,703 in the name of Bataille. Points a, b, c, d and e are similar to the technique described in patent application DE-A- 31 08 331 (see preamble to claim 4 appended) in the name of GKN Keller. Points a, b, c, e are similar to the technique described in the aforementioned document FR-A-2144079.

Les procédés cités ci-dessus présentent plusieurs inconvénients. Les procédés décrits sous b) et c) présentent le grand inconvénient que leur développement est compliqué et est cher. Des composants importants utilisés lors du forage sont perdus et restent en arrière, dans le sol avec l'équipement.The methods cited above have several drawbacks. The methods described under b) and c) have the great disadvantage that their development is complicated and expensive. Important components used during drilling are lost and remain behind, in the ground with the equipment.

Le procédé décrit en d) présente les inconvénients suivants:

1. Les mesures à prendre pour l'obtention de la fixation d'un ancrage, d'un boulon ou d'un équipement sont très chères. Par le vibrage, tout le composant qui est utilisé à cette fin dans le sol est perdu de sorte que les avantages que ce procédé devrait normalement fournir sont réalisés pour rien;
2. en présence de pierres dans le sol, de concrétions dures, de matériaux de remplissage et/ou de sous-sol de pierre, il n'est pas possible de pénétrer le sous-sol sans mesures accessoires. Dans de telles circonstances géologiques, ce que l'on appelle "des avant-trous" sont forés de sorte que le coût de ce procédé est considérablement augmenté;
3. en présence de pierres et d'autres obstacles du même genre, des déviations inadmissibles peuvent être déterminées lors du forage, par rapport à la direction théorique. L'ancrage ne présente effectivement aucune stabilité suffisante pour surmonter de telles difficultés et pour conserver la direction imposée.

The process described in d) has the following drawbacks:

1. The measures to be taken to obtain the fixing of an anchor, bolt or equipment are very expensive. By vibration, all the component that is used for this purpose in the soil is lost so that the benefits that this process would normally provide are realized for nothing;
2. in the presence of stones in the ground, hard concretions, filling materials and / or stone basement, it is not possible to penetrate the basement without additional measures. In such geological circumstances, so-called "pilot holes" are drilled so that the cost of this process is considerably increased;
3. in the presence of stones and other similar obstacles, unacceptable deviations may be determined during drilling, compared to the theoretical direction. The anchoring does not actually have sufficient stability to overcome such difficulties and to maintain the imposed direction.

L'invention a donc pour but de proposer un procédé qui remédie aux inconvénients que l'on sait et de proposer un procédé nouveau et original par lequel des équipements peuvent être placés et fixés dans le sol d'une manière remarquable, quelle que puisse être aussi la structure géologique du sol. Le procédé suivant l'invention permet en effet la mise en place d'équipements dans toutes sortes de sols alluviaux, sans tenir compte qu'il s'agit de sable, d'argile ou de limon. Aussi les sols qui contiennent un fond rocheux, des terres de remplissage empierrées, saturées ou non d'eau et/ou des sols contenant des couches empierrées peuvent être travaillés. Ceci vaut aussi pour le type d'équipement, que l'on prenne en considération un ancrage, un boulonnage ou l'introduction de n'importe quel équipement.The object of the invention is therefore to propose a method which overcomes the known drawbacks and to propose a new and original method by which equipment can be placed and fixed in the ground in a remarkable manner, whatever may be also the geological structure of the soil. The method according to the invention in fact allows the installation of equipment in all kinds of alluvial soils, without taking into account that it is sand, clay or silt. Also soils which contain a rocky bottom, stones filled with filling, saturated or not saturated with water and / or grounds containing stones stones can be worked. This also applies to the type of equipment, whether we consider anchoring, bolting or the introduction of any equipment.

Afin d'appliquer le procédé suivant l'invention dans les meilleures circonstances et de la manière la plus économique possible, ce procédé se caractérise en outre en ce que le tube de forage est constitué par un tube de forage rotatif à double paroi ménageant un espace concentrique se raccordant d'une part à au moins deux nez de pulvérisation et d'autre part à une entrée d'alimentation en liquide sous pression, ledit tube étant muni d'une tête de forage comportant axialement un orifice d'extrémité et présentant latéralement lesdits nez de pulvérisation, le diamètre du tube et de l'orifice d'extrémité de la tête de forage étant d'une grandeur telle que ledit équipement puisse être glissé suivant leur axe central, ledit orifice d'extrémité de la tête de forage étant équipé d'un bouchon amovible constituant élément perdu lors du retrait du tube de forage, ledit bouchon étant laissé dans le sol avec l'équipement susdit dans la chemise en ciment de ce dernier.In order to apply the process according to the invention in the best circumstances and from the in the most economical way possible, this method is further characterized in that the drilling tube is constituted by a rotary double-walled drilling tube providing a concentric space connecting on the one hand to at least two spraying and on the other hand to a pressurized liquid supply inlet, said tube being provided with a drilling head comprising axially an end orifice and having laterally said spraying nose, the diameter of the tube and of the end orifice of the drilling head being of such a size that said equipment can be slid along their central axis, said end orifice of the drilling head being fitted with a removable plug constituting an element lost during withdrawal of the drilling tube, said plug being left in the ground with the above-mentioned equipment in the latter's cement jacket.

L'invention a aussi trait à un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention et comportant les caractéristiques selon la revendication 4. Des modalités avantageuses du procédé selon l'invention font l'objet des revendications 2 et 3 et des dispositions préférées du dispositif de mise en oeuvre font l'objet des revendications 5 et 6.The invention also relates to a device for implementing the method according to the invention and comprising the characteristics according to claim 4. Advantageous methods of the method according to the invention are the subject of claims 2 and 3 and of the provisions preferred of the implementation device are the subject of claims 5 and 6.

D'autres détails et avantages ressortiront de la description suivante d'un procédé de fixation dans le sol d'ancrages, de boulons et d'équipements équivalents et du dispositif employé à ce sujet suivant l'invention. Cette description est donnée uniquement à titre d'exemple et ne limite en rien l'invention telle que définie par les revendications. Les références concernent les dessins annexes ci-après.Other details and advantages will emerge from the following description of a method for fixing anchors, bolts and equivalent equipment in the ground and of the device used on this subject according to the invention. This description is given only by way of example and in no way limits the invention as defined by the claims. The references relate to the annexed drawings below.

Les figures 1 à 3 illustrent schématiquement trois étapes successives du procédé suivant l'invention.Figures 1 to 3 schematically illustrate three successive steps of the method according to the invention.

La figure 4 est une vue schématique de profil, avec coupe partielle, du dispositif utilisé pour l'application du procédé, suivant l'invention.Figure 4 is a schematic side view, with partial section, of the device used for the application of the method according to the invention.

Le procédé illustré par les figures 1 à 3 comporte les étapes suivantes.The process illustrated in Figures 1 to 3 includes the following steps.

On creuse un trou foré dans le sol 1 en utilisant un tube de forage à double paroi 2. Un mur de quai ou un massif semblable est indiqué par la référence 3. En général, des équipements en question sont en effet appliqués au travers d'un mur de quai pour l'ancrage de cette structure. Le trou foré proprement dit n'est pas représenté aux figures schématiques parce que le procédé consiste précisément à travailler le trou foré en un trou foré agrandi 4. Ceci est réalisé par l'injection sous pression d'un fluide par la tête de forage 5. A ce sujet, il peut être fait appel à de l'eau, mais aussi un coulis de ciment peut être appliqué pour cela. Des détails au sujet de la structure du tube de forage à double paroi 2 et de la tête de forage 5 suivent plus loin. La tête de forage 5 est à vrai dire équipée d'un bouchon 6 qui ferme un orifice de la tête de forage 5. Ce bouchon 6 est abandonné dans le sol lorsque cet orifice doit devenir libre pour laisser le passage à l'équipement 7.A hole drilled in the ground 1 is dug using a double-walled drilling tube 2. A quay wall or a similar block is indicated by the reference 3. In general, the equipment in question is indeed applied through a quay wall for anchoring this structure. The actual drilled hole is not represented in the schematic figures because the method consists precisely in working the drilled hole into an enlarged drilled hole 4. This is achieved by the injection under pressure of a fluid by the drilling head 5. In this regard, it can be done use water, but also a cement grout can be applied for this. Details of the structure of the double-walled drill pipe 2 and the drill head 5 follow below. The drilling head 5 is in fact equipped with a plug 6 which closes an orifice in the drilling head 5. This plug 6 is abandoned in the ground when this orifice must become free to allow passage to the equipment 7.

A la figure 2, on remarque en effet que le tube de forage 2 et la tête de forage 5 sont progressivement extraits du trou foré agrandi 4. L'équipement 7 reste néanmoins en place et est entouré par la masse de coulis de ciment 8 injecté sous pression.In FIG. 2, it is in fact noted that the drilling tube 2 and the drilling head 5 are gradually extracted from the enlarged drilled hole 4. The equipment 7 nevertheless remains in place and is surrounded by the mass of cement grout 8 injected under pressure.

Pour finir, la figure schématique 3 présente l'état dans lequel l'équipement 7 est complètement entouré de coulis de ciment 8 dans le trou foré agrandi 4. Le tube de forage à double paroi y est complètement retiré du trou foré.Finally, schematic figure 3 shows the state in which the equipment 7 is completely surrounded by cement grout 8 in the enlarged drilled hole 4. The double-walled drilling tube is completely removed therefrom from the drilled hole.

Il est manifeste que pour un meilleur ancrage de l'ensemble et en fonction de la structure géologique du sol, on peut prévoir localement, par exemple à l'extrémité du forage, un diamètre encore plus grand du trou foré. Cette variante possible n'est pas représentée aux figures.It is obvious that for a better anchoring of the whole and according to the geological structure of the ground, one can provide locally, for example at the end of the drilling, an even larger diameter of the drilled hole. This possible variant is not shown in the figures.

Le dispositif pour la mise en oeuvre, dans les circonstances les plus économiques et techniquement les plus fiables, du procédé est représenté à la figure 4 où le tube double de forage est indiqué par la référence générale 2. Le tube double de forage 2 comporte en effet une chemise externe 9 qui entoure concentriquement un cylindre interne 10. Entre la chemise externe 9 et le cylindre interne 10 existe un espace 11. L'espace 11 se raccorde à deux ou à au moins deux nez de pulvérisation 12 tandis qu'à l'extrémité opposée cet espace 11 est en liaison dans la tête de lavage 13 avec une entrée 14 pour l'alimentation en eau sous pression, éventuellement en coulis de ciment.The device for the implementation, in the most economical and technically most reliable circumstances, of the method is represented in FIG. 4 where the double drill pipe is indicated by the general reference 2. The double drill pipe 2 comprises effect an outer jacket 9 which concentrically surrounds an inner cylinder 10. Between the outer jacket 9 and the inner cylinder 10 there is a space 11. The space 11 is connected to two or at least two spray noses 12 while at the 'opposite end this space 11 is connected in the washing head 13 with an inlet 14 for the supply of pressurized water, possibly in cement slurry.

Par le côté interne du cylindre interne 10, l'espace 15 est partiellement occupé par l'équipement 7 qui y repose. L'expression "équipement" tient compte aussi de ce qu'il peut s'agir ici de ce que l'on appelle un boulon ou un ancrage. L'espace 15 est en liaison avec une entrée 16 pour l'addition de coulis de ciment ou d'eau. Du coulis de ciment ou de l'eau peut donc circuler sous pression de l'entrée 16, au travers de l'espace 15, vers la tête de forage 5 qui est fermée par un bouchon 17. Le bouchon 17 a la forme d'une pointe et est pourvu de clapets anti-retour et est donc destiné, d'une part, à fermer l'orifice 18 de la tête de forage 5 et, d'autre part, à faciliter la pénétration dans le sol.By the internal side of the internal cylinder 10, the space 15 is partially occupied by the equipment 7 which rests there. The term "equipment" also takes into account what may be referred to here as a bolt or anchor. The space 15 is in connection with an entry 16 for the addition of cement or water grout. Cement grout or water can therefore flow under pressure from the inlet 16, through the space 15, towards the drilling head 5 which is closed by a plug 17. The plug 17 has the form of a point and is provided with non-return valves and is therefore intended, on the one hand, to close the orifice 18 of the drilling head 5 and, on the other hand, to facilitate penetration into the ground.

Se référant à nouveau aux figures schématiques 1 et 3 et à l'explication du procédé qui s'y raccorde, les avantages et la grande simplicité technique du procédé et du dispositif sont parfaitement mises en évidence.Referring again to schematic figures 1 and 3 and to the explanation of the process connected thereto, the advantages and the great technical simplicity of the process and of the device are perfectly highlighted.

Le dispositif permet donc, en faisant appel à la combinaison de techniques connues dans une certaine mesure, d'enchemiser dans du ciment un équipement dans des sortes de sols des structures géologiques les plus disparates.The device therefore makes it possible, by using the combination of techniques known to a certain extent, to seed equipment with cement in kinds of soils with the most disparate geological structures.

Bien que les figures schématiques présentent des alésages horizontaux, il est évident, comme d'ailleurs souligné au commencement, d'adapter cette technique par le forage dans le sens vertical. Des alésages qui se présentent sous des angles compris entre 0 et 90° peuvent aussi être très bien exécutés par cela.Although the schematic figures show horizontal bores, it is obvious, as elsewhere emphasized at the beginning, to adapt this technique by drilling in the vertical direction. Bores which appear at angles between 0 and 90 ° can also be very well executed by this.

L'invention n'est cependant pas limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus et beaucoup de modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications annexées.The invention is however not limited to the embodiment described above and many modifications can be made without departing from the scope of the invention as defined by the appended claims.

Claims

Method for fixing anchorages, bolts and equivalent equipments in the bottom by boring a drill hole by means of a drill bit and by injecting cement grout, according to which method :
- the drill hole in question is effected by driving or boring a drill pipe (2) including a drill bit in the bottom and the diameter of the drill hole is enlarged by injecting a liquid under pressure,

- use is made hereto of a rotating drill pipe provided with a drill bit, said equipment is placed in the central axis of the drill pipe, the length of this equipment corresponding substantially to the one of the drill pipe, and, in the final phase, the equipment in question hereinabove is left in place in the bottom when withdrawing the drill pipe while cement grout is injected under pressure around the equipment in the formed enlarged drill cavity,
characterised in that said drill pipe (2) is composed of a double wall (9, 10) rotating drill pipe providing a concentric space (11) connected, on the one hand, to at least two spray nozzles (12) and, on the other hand, to an inlet (14) for supplying liquid under pressure, said pipe being provided with a drill bit (5) including axially an end orifice (18) and presenting laterally said spray nozzles (12), the diameter of the pipe and of the end orifice (18) of the drill bit being of such a size that said equipment (7) may be slid according to their central axis, said end orifice (18) of the drill bit being equipped with a removable stopper (6, 17) forming an element which is lost upon withdrawal of the drill pipe (2), said stopper being left in the bottom with aforesaid equipment (7) in the cement jacket of this latter.
Method according to claim 1, characterized in that use is made of cement grout as liquid when enlarging the diameter of the drill hole.
Method according to claim 1, characterized in that use is made of water as liquid when enlarging the diameter of the drill hole.
Device for carrying out the method according to any one of the claims 1 to 3, comprising a drill pipe (2) provided with a drill bit (5), the drill bit including axially an end orifice (18) and presenting laterally at least two spray nozzles (12) for injecting a liquid under pressure, the diameter of the pipe and of the end orifice of the drill bit being of such a size that an equipment (7), such as a bolt or an anchorage, may be slid according to their central axis, characterized in that said drill pipe is a rotating drill pipe composed of a double wall (9, 10) pipe so as to provide a concentric space (11) connecting, on the one hand, to the spray nozzles (12) and, on the other hand, to an inlet (14) for supplying liquid under pressure, both for enlarging the diameter of the drill hole as for putting a jacket in cement into place around aforesaid equipment (7), and in that said end orifice (18) of the drill bit is equipped with a removable stopper (6, 17) forming an element which is lost upon withdrawal of the drill pipe (2), said stopper being left in the bottom with aforesaid equipment (7) in the cement jacket of this latter.
Device according to claim 4, characterized in that in aforesaid double wall drill pipe (2), aforesaid spray nozzles (12) are in communication with the concentric space (11) between the two walls of the double wall drill pipe (2), which is composed of an outer sleeve (9) and an inner cylinder (10).
Device according to either one of the claims 4 or 5, characterized in that aforesaid double wall drill pipe (2) is provided on the extremity which is opposed to the drill bit (5) with a cleaning head (13) including at least two inlets (14 and 16), the first inlet (14) being in communication with the space (11) between the outer sleeve (9) and the inner cylinder (10) while the other inlet (16) is in communication with the space (14) wherein aforesaid equipment (7) is slid in, and communicates moreover with the orifice (18) of the drill bit (5).