FR2673652A1

FR2673652A1 - System and apparatus for constructing columns for consolidation in ground

Info

Publication number: FR2673652A1
Application number: FR9200442A
Authority: FR
Inventors: Capece Aurelio; Et Pierucci Giulio Cesare
Original assignee: SICAPI ITALIANA SpA
Current assignee: SICAPI ITALIANA SpA
Priority date: 1991-03-08
Filing date: 1992-01-17
Publication date: 1992-09-11
Anticipated expiration: 2012-01-17
Also published as: ES2065795R; IT1246612B; FR2673652B1; ITRM910161A0; ITRM910161A1; DE4207420A1; ES2065795A2; GB9201721D0; GB2253424A; ES2065795B1; GB2253424B

Abstract

Système et machine pour créer des colonnes de consolidation dans un terrain grâce à l'injection forcée d'éléments inertes, qui peuvent être de nature granulaire, principalement du sable ou du gravier fin, et d'agents de consolidation et de fluides grâce à des tubes placés à l'intérieur d'une broche de pénétration dont l'extrémité inférieure sert à broyer et à dégager le terrain, en le préparant ainsi à la formation de la colonne de terrain consolidé sec qui est formé pendant le retrait de la broche.System and machine for creating consolidation columns in a ground by the forced injection of inert elements, which can be of granular nature, mainly sand or fine gravel, and of consolidation agents and fluids thanks to tubes placed inside a penetrating spindle, the lower end of which is used to grind and clear the ground, thus preparing it for the formation of the column of dry consolidated ground which is formed during the withdrawal of the spindle.

Description

La présente invention concerne un système de construction de colonnes deThe present invention relates to a system for constructing columns of

terrain consolidées ainsi queconsolidated land as well as

l'équipement qui permet d'appliquer ce système. equipment to apply this system.

Dans le domaine de la consolidation et de la stabilisation en profondeur des terrains instables (par exemple limon, sable, argile, tourbe, lignites, etc) la technique consistant à mélanger des agents chimiques tels que du calcium et du ciment avec la terre pour renforcer les caractéristiques mécaniques du terrain est bien In the field of consolidation and deep stabilization of unstable soils (eg silt, sand, clay, peat, lignite, etc.) the technique of mixing chemical agents such as calcium and cement with the earth to strengthen the mechanical characteristics of the terrain is good

établie en elle-même.established in itself.

Des techniques du même type étaient connues des Romains et des Chinois qui avaient coutume de stabiliser et de consolider des argiles limoneuses au moyen de Similar techniques were known to the Romans and the Chinese who used to stabilize and consolidate silty clays using

mélanges de chaux.lime mixtures.

Actuellement, de nombreuses études et applications de ces systèmes se font en Hollande, en France, au Japon Currently, many studies and applications of these systems are done in Holland, France, Japan

et en Italie.and in Italy.

La technologie appliquée jusqu'à maintenant vise à former des colonnes consolidées profondes grâce aux opérations suivantes: 1 Concassage mécanique du terrain en introduisant un malaxeur- désintégrateur à lame tournante ou à pelle dans le terrain, à sec dans le cas d'un terrain meuble inconsistant ou à l'aide d'eau pour faciliter la pénétration de l'outil concasseur dans des terrains The technology applied up to now aims to form deep consolidated columns thanks to the following operations: 1 Mechanical crushing of the ground by introducing a mixer-disintegrator with rotating blade or shovel in the ground, dry in the case of loose ground inconsistent or with water to facilitate penetration of the crusher tool into soils

souples consistants.consistent soft.

Dans certaines applications, ce concassage est obtenu en utilisant de l'eau, par injection du fluide In some applications, this crushing is obtained using water, by injecting the fluid

(eau) à très grande vitesse et sous forte pression. (water) at very high speed and under high pressure.

2 Injection d'agents chimiques de stabilisation dans le terrain et malaxage de ces produits avec le terrain. Les applications réalisées jusqu'à maintenant ont 2 Injection of chemical stabilizing agents into the ground and mixing of these products with the ground. The applications made so far have

utilisées diverses technologies telles que: - used various technologies such as: -

a) l'introduction forcée de l'agent chimique à sec pendant l'extraction de l'outil concasseur-malaxeur au moment o la direction de rotation de l'outil est inversée (procédé suédois L-C-M), comme indiqué dans:ATTI dell'ISTITUTO DI SCIENZA DELLE COSTRUZIONI Politecnico di Torino, Ing Marco Bertero, Paolo Marcellino "DEEP a) the forced introduction of the dry chemical agent during the extraction of the crusher-kneader tool when the direction of rotation of the tool is reversed (Swedish LCM process), as indicated in: ATTI dell ' ISTITUTO DI SCIENZA DELLE COSTRUZIONI Politecnico di Torino, Ing Marco Bertero, Paolo Marcellino "DEEP

STABILISATION" Novembre 1981, no 5, p 20. STABILIZATION "November 1981, no 5, p 20.

b) l'introduction de l'agent chimique sec par une conduite montée à l'extrémité inférieure de l'outil concasseur-malaxeur se trouvant en haut du dispositif concasseur-malaxeur d'un convoyeur à vis pour introduire et répartir l'agent dans le terrain et en même temps extraire l'outil en inversant sa direction de rotation (procédé japonais D-L-M); (Publication citée ci-dessus) b) the introduction of the dry chemical agent through a pipe mounted at the lower end of the crusher-kneader tool located at the top of the crusher-kneader device of a screw conveyor to introduce and distribute the agent in the ground and at the same time extract the tool by reversing its direction of rotation (Japanese DLM process); (Publication cited above)

p 21.p 21.

c) l'introduction de l'agent chimique à l'état fluide (mélange eauciment) par une conduite dont l'extrémité inférieure se trouve sur le dessus de l'outil concasseur-malaxeur en appliquant un procédé semblable à celui du système -décrit ci-dessus au paragraphe b) (procédé japonais C-M-C) (Publication citée ci-dessus) c) the introduction of the chemical agent in the fluid state (water-cement mixture) through a pipe whose lower end is on the top of the crusher-kneader tool by applying a process similar to that of the system described above in paragraph b) (Japanese CMC process) (Publication cited above)

p 22.p 22.

d) l'introduction de l'agent chimique à l'état fluide (mélange eauciment) par une conduite montée le long de l'axe du concasseur-malaxeur et dont la sortie se trouve à l'endroit de la lame ou de la pelle en appliquant un procédé semblable à celui des systèmes décrits ci-dessus au paragraphe b) et c) (procédé japonais D-M-C) d) the introduction of the chemical agent in the fluid state (water-cement mixture) by a pipe mounted along the axis of the crusher-kneader and the outlet of which is at the place of the blade or the shovel by applying a process similar to that of the systems described above in paragraph b) and c) (Japanese DMC process)

(Publication citée ci-dessus) p 23. (Publication cited above) p 23.

e) l'introduction de l'agent chimique à l'état fluide (mélange eauciment) par un arbre creux monté à l'extrémité inférieure de l'outil concasseur-malaxeur. L'introduction du mélange se fait, pendant l'insertion et la pénétration de l'outil dans le terrain, grâce à une injection sous pression par des sorties d'extrémités e) the introduction of the chemical agent in the fluid state (water-cement mixture) by a hollow shaft mounted at the lower end of the crusher-kneader tool. The introduction of the mixture is done, during the insertion and the penetration of the tool in the ground, thanks to a pressurized injection by ends exits

latérales et inférieures prévues à l'endroit de l'outil. side and bottom provided at the place of the tool.

L'outil est ensuite retiré en inversant sa direction de rotation (procédé italien ELSE) (Publication ci-dessus, The tool is then removed by reversing its direction of rotation (Italian ELSE process) (Publication above,

p 23).p 23).

Les techniques de malaxage définies ci-dessus, à savoir l'introduction dans le terrain de produits secs en poudre (chaux-ciment) ou des systèmes de jet de ciment humide ont l'inconvénient, lorsque le terrain se caractérise par une absence de structure, une teneur considérable en éléments organiques ou un excès de sulfates, ou en tout cas possède un niveau de porosité considérable, de retarder considérablement ou même de rendre totalement inefficace la procédure d'hydratation du The mixing techniques defined above, namely the introduction into the ground of dry powder products (lime-cement) or wet cement jet systems have the disadvantage, when the ground is characterized by an absence of structure , a considerable content of organic elements or an excess of sulphates, or in any case has a considerable level of porosity, considerably delaying or even rendering the hydration procedure of the

matériau liant.binding material.

Pour remédier à cet inconvénient, il a été proposé d'utiliser des additifs tels que des sables de silicium monogranulaires, des carbonates chlorés ou des carbonates de calcium ou autres, soit sous forme de granulés, soit filiformes mais non pulvérulents pour garantir l'efficacité du traitement du terrain Les avantages de la présente invention viennent de l'introduction des additifs indiqués ci-dessus par injection forcée de matériaux granulés ou filiformes afin de former une structure interne dans le terrain traité qui de ce fait présente des To remedy this drawback, it has been proposed to use additives such as monogranular silicon sands, chlorinated carbonates or calcium carbonates or the like, either in the form of granules or filiform but not powdery to guarantee effectiveness. The treatment of the ground The advantages of the present invention come from the introduction of the additives indicated above by forced injection of granular or filiform materials in order to form an internal structure in the treated ground which therefore presents

caractéristiques mécaniques renforcées. reinforced mechanical characteristics.

L'invention va être exposée plus en détail ci-dessous en se référant aux figures annexées qui représentent des applications et dans lesquelles la figure 1 représente, sous forme schématique, tout le matériel de consolidation du terrain dans son ensemble; la figure 2 représente une coupe partielle de la broche pénétrant dans le terrain; la figure 3 est une coupe le long de l'axe A-A; la figure 4 représente l'extrémité de la broche pénétrant dans le terrain pendant son retrait; la figure 5 est une vue en perspective de la figure 4; la figure 6 représente les phases successives des opérations; la figure 7 représente la fonction des propulseurs sous forme schématique; et la figure 8 représente un détail des propulseurs The invention will be explained in more detail below with reference to the appended figures which represent applications and in which FIG. 1 represents, in schematic form, all of the ground consolidation equipment as a whole; Figure 2 shows a partial section of the spindle entering the ground; Figure 3 is a section along the axis A-A; Figure 4 shows the end of the spindle entering the ground during its removal; Figure 5 is a perspective view of Figure 4; FIG. 6 represents the successive phases of the operations; FIG. 7 represents the function of the thrusters in schematic form; and Figure 8 shows a detail of the thrusters

avec un espace différent des vannes. with a different space from the valves.

La figure 1 représente le bras mécanique 1 qui permet d'entraîner la broche 2 en rotation et en pénétration pour concasser et émietter la terre L'action mécanique de concassage et d'émiettage du terrain s'obtient en introduisant dans le terrain un outil 3 qui peut être rigidement fixé à l'extrémité inférieure de la broche de pénétration 2 Cet outil 3 comporte deux ou plusieurs lames tranchantes 4 L'outil est introduit dans le terrain grâce à une poussée en rotation dans le sens des aiguilles d'une montre soit à sec soit avec la circulation de fluides introduits dans le tube 5 grâce à la pompe 6 qui prélève le liquide dans le réservoir 7 Les liquides sont introduits uniquement lorsque la nature du FIG. 1 represents the mechanical arm 1 which makes it possible to drive the spindle 2 in rotation and in penetration to crush and crumble the earth The mechanical action of crushing and crumbling of the ground is obtained by introducing into the ground a tool 3 which can be rigidly fixed to the lower end of the penetration spindle 2 This tool 3 comprises two or more cutting blades 4 The tool is introduced into the ground by means of a thrust in rotation clockwise either dry either with the circulation of fluids introduced into the tube 5 thanks to the pump 6 which draws the liquid from the reservoir 7 The liquids are introduced only when the nature of the

terrain nécessite leur emploi.land requires their employment.

Les dimensions de la lame de l'outil déterminent le diamètre de la colonne à créer et la forme ainsi que l'inclinaison appropriées à la fois à l'insertion dans le terrain avec la vitesse d'avance nécessaire et également au concassage et au malaxage du terrain La broche creuse 2 peut avoir une section transversale polygonale ou cylindrique et se trouve adaptée à l'intérieur de conduites tubulaires, dont la conduite centrale 8 sert au transfert des liquides de consolidation et la colonne voisine 9 au passage des liquides destinés à humidifier le terrain entourant la trajectoire de la broche de pénétration Les liquides sortent du tube 9 aux points 10 et 11 dans une direction radiale Lorsque le terrain a été mécaniquement concassé par la broche 2, grâce à l'injection forcée de sable ou de gravier, la broche commence à revenir en surface et, pendant ce mouvement dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, du ciment est introduit à force à partir du tube 12 qui est assemblé The dimensions of the tool blade determine the diameter of the column to be created and the shape and inclination suitable both for insertion into the ground with the required feed speed and also for crushing and kneading of the ground The hollow spindle 2 can have a polygonal or cylindrical cross section and is adapted to the interior of tubular conduits, the central conduit 8 of which serves for the transfer of consolidation liquids and the neighboring column 9 for the passage of liquids intended to humidify the ground surrounding the trajectory of the penetration spindle The liquids exit the tube 9 at points 10 and 11 in a radial direction When the ground has been mechanically crushed by pin 2, thanks to the forced injection of sand or gravel, the spindle begins to return to the surface and, during this movement anti-clockwise, cement is force-fed from the tube 12 which is assembled

au tube central 8 de la broche creuse 2 au point 13. to the central tube 8 of the hollow spindle 2 at point 13.

L'équipement de l'ensemble d'injection comprend un système d'alimentation 14, des silos à ciment et à matériau inerte 15, une cloche à air 16, un système de dessication 17, une unité de refroidissement 18 et un compresseur 19 qui sert à créer la poussée exercée sur les propulseurs 23 de matériaux et un générateur 20 Les matériaux de consolidation sortent par une ou plusieurs The equipment of the injection assembly includes a supply system 14, cement and inert material silos 15, an air bell 16, a desiccation system 17, a cooling unit 18 and a compressor 19 which used to create the thrust exerted on the propellants 23 of materials and a generator 20 The consolidation materials exit by one or more

sorties 21.outputs 21.

En fonction de la stratification du terrain, l'opérateur utilise le tube 9 pour injecter le fluide nécessaire à l'humidification du terrain ainsi que les Depending on the stratification of the ground, the operator uses the tube 9 to inject the fluid necessary for humidifying the ground as well as the

matériaux de consolidation.consolidation materials.

Le matériau de consolidation et tout fluide éventuel sont injectés à force dans le terrain par les sorties qui sont disposées de manière telle que lesdits matériaux soient répartis dans une direction radiale et de manière uniforme afin de s'assurer que le terrain va être consolidé de manière compacte et homogène La consolidation est considérée comme terminée lorsque la broche de pénétration est sortie du terrain, en formant ainsi une colonne de terrain consolidée 22 Le système de consolidation du terrain est fondé sur l'injection de sable ou de gravier au cours de l'opération de pénétration dans le sens des aiguilles d'une montre et l'injection de ciment lorsque la broche de pénétration est retirée du terrain par The consolidation material and any possible fluid are force-injected into the ground through the outlets which are arranged in such a way that said materials are distributed in a radial direction and in a uniform manner in order to ensure that the ground is going to be consolidated in a compact and homogeneous Consolidation is considered complete when the penetration spindle is removed from the ground, thus forming a column of consolidated ground 22 The ground consolidation system is based on the injection of sand or gravel during the clockwise penetration operation and cement injection when the penetration pin is removed from the ground by

une rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. counterclockwise rotation.

Par conséquent, tout l'ensemble d'injection se compose de deux silos, un pour le sable ou le gravier et l'autre pour le ciment Le matériau est introduit successivement à partir Consequently, the entire injection set consists of two silos, one for sand or gravel and the other for cement. The material is introduced successively from

des silos 24-25 dans la chambre 26 dans l'entrée 27 du con- silos 24-25 in room 26 in entrance 27 of the

voyeur à vis à l'intérieur duquel le système d'injection 28 introduit les quantités de ciment et de sable ou de gravier qui sont appliquées aux propulseurs 29-30 Ces propulseurs comportent une vanne supérieure 31 qui s'ouvre vers le bas sous l'action du poids du matériau qui y pénètre et à leur partie inférieure un disque ou vanne guillotine 32 qui est commandé soit par un dispositif électropneumatique, soit par un dispositif mécanique Les vannes fonctionnent en alternance; lorsque le premier propulseur est rempli de screw voyeur inside which the injection system 28 introduces the quantities of cement and sand or gravel which are applied to the thrusters 29-30 These thrusters have an upper valve 31 which opens downwards under the action of the weight of the material entering it and at their lower part a disc or guillotine valve 32 which is controlled either by an electropneumatic device or by a mechanical device The valves operate alternately; when the first propellant is filled with

matériau la vanne supérieure 31 se ferme, la vanne infé- material the upper valve 31 closes, the lower valve

rieure 32 s'ouvre et le matériau tombe dans le tube 33 et l'air comprimé contenu dans le tube force le matériau dans le terrain à consolider à travers la broche creuse 2 Une lower 32 opens and the material falls into the tube 33 and the compressed air contained in the tube forces the material in the ground to consolidate through the hollow pin 2 A

vanne 34 joue le rôle de décompresseur pour chaque propul- valve 34 acts as a decompressor for each propellant

seur Le mélange liant mélangé avec la terre déjà concassée forme une pâte homogène, les actions d'hydratation étant assurées par l'eau qui est naturellement contenue dans le terrain ou qui a été introduite en enfonçant l'outil pour The binder mixture mixed with the already crushed earth forms a homogeneous paste, the hydration actions being ensured by the water which is naturally contained in the ground or which was introduced by pushing in the tool to

concasser le terrain comme indiqué ci-dessus. crush the ground as indicated above.

Le dispositif est complété par une trémie d'entrée, usuelle, équipée de balance et d'équipement d'indication et The device is completed by a standard input hopper, equipped with a balance and indication equipment and

d'enregistrement, également connus. also known.

Claims

1 System and apparatus for consolidating columns of land by forced injection of inert materials, which can be granulated, mainly sand or gravel as well as dry consolidating agents, comprising a penetration pin (2) inside which there are tubes (8) for the forced injection of consolidation binders and a tube (9) for the forced injection of fluids as well as an integrated tool (3) at the lower end of the rod (2) which is equipped with sharp blades intended to clear and crush the ground and to form an orifice whose diameter is equal to the width of the tool and which is characterized by the fact that the tubes inside the rod ( 2) forcibly inject into the ground with the propellants (23) a granulated material, mainly sand or gravel, as well as consolidation agents

and fluids depending on the nature of the terrain.

2 System according to claim 1, characterized in that the spindle (2) which penetrates into the ground can

have a polygonal or circular section.

3 System according to claim 1, characterized in that the blades of the cutting tool (3) are

slightly inclined to the horizontal plane.

4 System according to claim 1, characterized in that the outlets (21, 10 and 11) which channel the consolidation material and the fluids are arranged in radial directions in order to obtain an amalgam

optimal consolidation materials and terrain.

5 System according to the preceding claims,

characterized by the fact that the ground column (22) is made and consolidated while the penetration rod (2) is released from the ground.

6 System according to the preceding claims,

r characterized by the following stages: a) storage in sealed silos of granular and / or filiform materials and powdered binder materials; b) transport of the above materials in predetermined quantity necessary to obtain a consolidated column by means of separate screw conveyors to the inlet hopper equipped with balance and equipment indicating and recording the load and the doses of granulated materials and powder; c) transport and injection by means of screw conveyors of inert granular materials and consolidation agents in pressurized propellants of cylindrical or frustoconical inverted form fitted at the top and bottom with electro-pneumatically operated tight valves and decompression valves inside the thruster which operate at the time of the discharge of the materials; d) transport of the abovementioned materials by tubes to the outlet orifices which are located at the same place as the crushing and mixing machine by means of compressed air which, for this application

particular, was cooled and dried.