La présente invention concerne un procédé de mise en place de tirants d'ancrage destinés à assurer la stabilité d'un ouvrage par rapport à un terrain, comportant le forage d'un trou jusque dans une zone d'ancrage dans le terrain, l'introduction de câbles et/ou autres armatures de tirant dans le trou de forage, et l'injection par ledit trou de forage d'une suspension de ciment de façon à former un corps de scellement dans ladite zone d'ancrage.
Les procédés usuels de ce type nécessitent, pour la formation du corps de scellement, plusieurs injections de ciment, par exemple au moyen d'injections par manchettes, ces injections devant être espacées dans le temps et nécessitant ainsi généralement plusieurs jours pour la formation du corps de scellement. D'autre part, la force d'utilisation reste limitée, notamment dans des terrains argileux ou rocheux, du fait notamment des dimensions transversales restreintes du corps de scellement réalisable par les procédés connus, du mauvais contrôle de la formation de ce corps et de sa composition qui reste essentiellement constituée par le ciment injecté.
L'invention vise à fournir un procédé permettant de raccourcir considérablement le temps nécessaire pour la mise en place des tirants et de réaliser un très bon ancrage, notamment dans les types de terrain dans lesquels les procédés usuels ne permettent pas d'obtenir des résultats satisfaisants.
A cet effet, le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on effectue le forage au moyen d'un tube muni, à son extrémité frontale, d'un outil de forage et d'injection, ce tube formant un canal d'injection de ciment et ledit outil comportant au moins deux buses latérales orientées dans des directions opposées, que l'on injecte ladite suspension de ciment dans le terrain environnant à travers lesdites buses, radialement audit tube, avec une pression supérieure à environ 150 bars, en faisant tourner ce tube autour de son axe et en le remontant, de façon continue ou discontinue, sur une longueur de scellement déterminée, que l'on arrête ensuite l'injection et que l'on remonte le tube entièrement, lesdits câbles et/ou autres armatures de tirant étant introduits dans le trou de forage, avant le durcissement du ciment,
jusque dans le corps de scellement en formation.
Les pressions d'injection de la suspension de ciment se situent, de préférence, entre 150 et 500 bars et, dans certains cas, entre 500 et 900 bars.
Le procédé selon l'invention peut être mis en Öuvre de deux manières préférentielles.
Dans une première façon de procéder, l'outil comporte une partie d'outil de forage présentant un canal axial prolongeant le canal d'injection du tube, et une valve est disposée entre l'entrée dudit canal axial et les buses de manière à permettre de fermer l'entrée de ce canal axial avant l'injection de la suspension de ciment sous pression. De préférence, l'on ré-introduit le tube dans le trou de forage après l'injection sous pression de la suspension de ciment pour la formation du corps de scellement, après avoir remplacé l'outil de forage et d'injection par une couronne annulaire frontale dont le diamètre intérieur est sensiblement égal au diamètre intérieur du tube, de sorte que les câbles ou autres armatures de tirant restent en place lorsque l'on remonte ce tube.
Selon une mise en Öuvre alternative du présent procédé, on utilise un tube à double paroi formant un canal d'injection à section annulaire, et l'outil de forage et d'injection présente un canal central dont le diamètre est sensiblement égal au diamètre intérieur du tube, de sorte que les câbles ou autres armatures de tirant restent en place lorsque l'on remonte le tube en procédant à l'injection de suspension de ciment sous pression.
Dans tous les cas, le procédé selon l'invention permet de réaliser, en une seule opération d'injection, un corps de scellement sous forme d'un bulbe essentiellement cylindrique, quels que soient la structure et le genre de terrain. En effet, la pression très élevée de l'injection de suspension de ciment détruit, sur un certain rayon, la structure existante du terrain et forme un bulbe constitué par un mélange de ciment et de débris de terrain. Ce procédé fournit un résultat bien contrôlable par la pression de l'injection et par les caractéristiques, telles que vitesse et temps d'arrêt éventuels, du mouvement axial et circonférentiel de l'outil lors de la remontée du tube.
Une seule opération d'injection étant nécessaire, la mise en place des tirants d'ancrage ne nécessite qu'une fraction du temps usuel et utilise généralement une quantité de ciment injecté bien moindre.
Les caractéristiques, buts et avantages du procédé selon l'invention ressortiront plus clairement de la description donnée ci-après à titre d'exemples, de deux manières de mise en Öuvre, illustrées dans les dessins annexés dans lesquels:
La fig. 1 est une vue en coupe schématique d'un tirant d'ancrage placé dans un terrain;
la fig. 2 est une vue, en coupe axiale, d'une extrémité d'un tube de forage munie d'un outil de forage et d'injection selon une première forme d'exécution;
la fig. 3 est une vue, en coupe axiale, de l'extrémité du tube de la fig. 1 munie d'une couronne annulaire; et
la fig. 4 est une vue, en coupe axiale, d'un tube à double paroi muni d'un outil de forage et d'injection correspondant.
Selon la représentation schématique de la fig. 1, un ouvrage à ancrer 1 s'appuie sur une partie de terrain 2 et est stabilisé par un tirant d'ancrage, désigné dans son ensemble par la référence 3.
Ce tirant d'ancrage comporte, de manière connue, par exemple des câbles de tirant 4 constitués par des torons dont une extrémité est fixée dans une tête de tirant 5 en appui sur l'ouvrage 1.
Les câbles de tirant 4 sont disposés dans un trou de forage 6 sur une certaine longueur libre et sont solidaires d'un corps de scellement 7 sous forme d'un bulbe formé autour de la partie inférieure du trou de forage par injection de ciment sous haute pression dans le terrain environnant. La fig. 1 ne donne qu'une représentation schématique d'un exemple de tirant, la technique d'ancrage étant bien connue en elle-même.
Le présent procédé consiste à utiliser, par exemple, un tube 8 muni d'un outil de forage et d'injection 9 selon la fig. 2 pour percer, dans un premier temps, le trou 6 sur une longueur correspondant à la longueur libre souhaitée et la longueur de scellement qui est essentiellement celle du bulbe 7 de la fig. 1. Le forage est généralement accompagné, d'une manière connue, d'une injection d'eau et d'air par le canal central 10 du tube 8 et son prolongement 11 dans la partie de forage 12 de l'outil 9. Lorsque le forage est terminé, l'on injecte dans le terrain une suspension de ciment à une pression très élevée, par exemple de 450 bars, à travers deux buses latérales 13, 14 de faible diamètre, soit 1,5 à 2 mm, communiquant avec le canal central 10. Une valve 15 est agencée pour fermer le canal 11 lors de cette injection.
Durant cette opération, le tube est entraîné en rotation autour de son axe et est retiré lentement, de sorte que les jets produits par les buses 13 et 14 dans des directions radiales opposées pénètrent dans le terrain en créant un bulbe essentiellement cylindrique, tel que représenté à la fig. 1. Lorsque ce corps de scellement a été formé sur la longueur voulue, on remonte le tube entièrement et l'on remplace l'outil 9 par une couronne 16 qui présente un canal axial 17 ayant sensiblement le même diamètre que le canal 10. On introduit le tube muni de la couronne 16 de nouveau dans le trou de forage jusqu'au fond de la zone de scellement et l'on introduit par le canal 10 les câbles de tirant ou un autre type d'armature approprié.
Lorsque l'on remonte le tube 8 à nouveau, les câbles de tirant ou l'armature restent en place en passant par le canal 17, et deviennent solidaires du bulbe 7 lors du durcissement de celui-ci.
Il est à noter que la ré-introduction du tube 8 n'est pas indispensable, les câbles ou armatures pouvant être introduits, dans certain cas, sans la présence du tube 8.
La fig. 4 montre un autre type de tube qui comporte deux parois coaxiales formant, entre ces parois, un canal d'injection 19 à section annulaire autour d'un canal central 20. La partie d'extrémité 18 de ce tube, représentée à la fig. 4, est munie d'une couronne de forage 21 présentant un canal central 22 de diamètre sensiblement égal à celui du tube à double paroi et constitue avec cette couronne un outil de forage et d'injection. Pour effectuer l'injection, cet outil comporte deux buses latérales 23, 24 qui communiquent avec le canal 19. Par l'utilisation d'un tel tube, le présent procédé se trouve encore simplifié car il ne nécessite qu'une seule introduction et remontée du tube pour le forage, la mise en place des câbles ou armatures de tirant à l'intérieur du tube, et l'injection de suspension de ciment sous pression pour former le bulbe de scellement.
Ainsi que cela a été mentionné plus haut, le présent procédé permet dans tous les cas d'application de raccourcir, de façon importante, le temps nécessaire pour la mise en place des tirants d'ancrage, tout en fournissant un ancrage fiable et bien contrôlé dans tous les types de terrain, autorisant des forces d'utilisation élevées.
The present invention relates to a method of placing anchor rods intended to ensure the stability of a structure relative to a ground, comprising drilling a hole into an anchoring zone in the ground, the introduction of cables and / or other tie rods into the borehole, and the injection by said borehole of a suspension of cement so as to form a sealing body in said anchoring zone.
The usual methods of this type require, for the formation of the sealing body, several injections of cement, for example by means of injections by cuffs, these injections having to be spaced in time and thus generally requiring several days for the formation of the body sealing. On the other hand, the use force remains limited, in particular in clayey or rocky soils, due in particular to the restricted transverse dimensions of the sealing body achievable by known methods, the poor control of the formation of this body and its composition which remains essentially constituted by the injected cement.
The invention aims to provide a method making it possible to considerably shorten the time necessary for the establishment of tie rods and to achieve very good anchoring, in particular in the types of terrain in which the usual methods do not allow satisfactory results to be obtained. .
To this end, the method according to the invention is characterized in that the drilling is carried out by means of a tube provided, at its front end, with a drilling and injection tool, this tube forming a channel for injecting cement and said tool comprising at least two lateral nozzles oriented in opposite directions, which is injected with said suspension of cement into the surrounding ground through said nozzles, radially to said tube, with a pressure greater than about 150 bars , by rotating this tube around its axis and reassembling it, continuously or discontinuously, over a determined sealing length, which then stops the injection and the tube is wound up entirely, said cables and / or other tie rods being introduced into the borehole, before the cement hardens,
right down to the sealing body being formed.
The injection pressures of the cement suspension are preferably between 150 and 500 bars and, in some cases, between 500 and 900 bars.
The method according to the invention can be implemented in two preferential ways.
In a first way of proceeding, the tool comprises a part of drilling tool having an axial channel extending the injection channel of the tube, and a valve is arranged between the inlet of said axial channel and the nozzles so as to allow to close the entrance to this axial channel before injecting the suspension of pressurized cement. Preferably, the tube is reintroduced into the borehole after the pressure suspension of the cement suspension for the formation of the sealing body, after replacing the drilling and injection tool with a crown front annular whose internal diameter is substantially equal to the internal diameter of the tube, so that the cables or other tie rods remain in place when the tube is reassembled.
According to an alternative implementation of the present process, a double-walled tube is used forming an injection channel with annular section, and the drilling and injection tool has a central channel whose diameter is substantially equal to the internal diameter. of the tube, so that the cables or other tie rods remain in place when the tube is reassembled by injecting pressurized cement suspension.
In all cases, the method according to the invention makes it possible to produce, in a single injection operation, a sealing body in the form of an essentially cylindrical bulb, whatever the structure and the type of terrain. Indeed, the very high pressure of the cement suspension injection destroys, over a certain radius, the existing structure of the ground and forms a bulb made up of a mixture of cement and ground debris. This process provides a result that can be easily controlled by the injection pressure and by the characteristics, such as speed and possible stopping time, of the axial and circumferential movement of the tool during the ascent of the tube.
A single injection operation being necessary, the installation of the anchor rods requires only a fraction of the usual time and generally uses a much smaller quantity of cement injected.
The characteristics, objects and advantages of the method according to the invention will emerge more clearly from the description given below by way of examples, in two ways of implementation, illustrated in the appended drawings in which:
Fig. 1 is a schematic sectional view of an anchor rod placed in a ground;
fig. 2 is a view, in axial section, of one end of a drilling tube provided with a drilling and injection tool according to a first embodiment;
fig. 3 is a view, in axial section, of the end of the tube of FIG. 1 provided with an annular crown; and
fig. 4 is a view, in axial section, of a double-walled tube provided with a corresponding drilling and injection tool.
According to the schematic representation of FIG. 1, a structure to be anchored 1 rests on a part of the ground 2 and is stabilized by an anchoring tie, generally designated by the reference 3.
This anchoring tie comprises, in a known manner, for example tie cables 4 constituted by strands one end of which is fixed in a tie head 5 bearing on the structure 1.
The tie cables 4 are arranged in a borehole 6 over a certain free length and are integral with a sealing body 7 in the form of a bulb formed around the lower part of the borehole by injection of cement under high pressure in the surrounding terrain. Fig. 1 only gives a schematic representation of an example of a tie rod, the anchoring technique being well known in itself.
The present method consists in using, for example, a tube 8 provided with a drilling and injection tool 9 according to FIG. 2 for drilling, at first, the hole 6 over a length corresponding to the desired free length and the sealing length which is essentially that of the bulb 7 of FIG. 1. The drilling is generally accompanied, in a known manner, by an injection of water and air through the central channel 10 of the tube 8 and its extension 11 into the drilling part 12 of the tool 9. When the drilling is completed, a suspension of cement is injected into the ground at a very high pressure, for example 450 bars, through two lateral nozzles 13, 14 of small diameter, ie 1.5 to 2 mm, communicating with the central channel 10. A valve 15 is arranged to close the channel 11 during this injection.
During this operation, the tube is rotated about its axis and is withdrawn slowly, so that the jets produced by the nozzles 13 and 14 in opposite radial directions penetrate the ground creating a substantially cylindrical bulb, as shown in fig. 1. When this sealing body has been formed over the desired length, the tube is brought up entirely and the tool 9 is replaced by a ring 16 which has an axial channel 17 having substantially the same diameter as the channel 10. introduces the tube fitted with the crown 16 back into the borehole to the bottom of the sealing zone and the cable ties or another suitable type of reinforcement are introduced through the channel 10.
When the tube 8 is reassembled again, the tie cables or the armature remain in place passing through the channel 17, and become integral with the bulb 7 during the hardening thereof.
It should be noted that the re-introduction of the tube 8 is not essential, the cables or armatures being able to be introduced, in certain cases, without the presence of the tube 8.
Fig. 4 shows another type of tube which has two coaxial walls forming, between these walls, an injection channel 19 of annular section around a central channel 20. The end portion 18 of this tube, shown in FIG. 4, is provided with a drilling crown 21 having a central channel 22 of diameter substantially equal to that of the double-walled tube and constitutes with this crown a drilling and injection tool. To carry out the injection, this tool comprises two lateral nozzles 23, 24 which communicate with the channel 19. By the use of such a tube, the present process is further simplified since it requires only a single introduction and reassembly. of the tube for drilling, placing cables or tie rods inside the tube, and injecting suspension of cement under pressure to form the sealing bulb.
As mentioned above, the present method allows in all cases of application to significantly shorten the time necessary for the installation of anchor rods, while providing a reliable and well controlled anchoring in all types of terrain, allowing high operating forces.