EP0263803A1 - Procédé et dispositif d'ancrage sous contrainte - Google Patents

Procédé et dispositif d'ancrage sous contrainte Download PDF

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EP0263803A1
EP0263803A1 EP87870139A EP87870139A EP0263803A1 EP 0263803 A1 EP0263803 A1 EP 0263803A1 EP 87870139 A EP87870139 A EP 87870139A EP 87870139 A EP87870139 A EP 87870139A EP 0263803 A1 EP0263803 A1 EP 0263803A1
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EP
European Patent Office
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anchoring
sheath
sealing
head
cartridge
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EP87870139A
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German (de)
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EP0263803B1 (fr
Inventor
Jean-Claude Duvieusart
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D'entreprises Cfe Sa Cie
Original Assignee
CFE COMP FRANC ENTERPR
D'entreprises Cfe Sa Cie
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Publication of EP0263803A1 publication Critical patent/EP0263803A1/fr
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D20/00—Setting anchoring-bolts
    • E21D20/02—Setting anchoring-bolts with provisions for grouting
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D21/00—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection
    • E21D21/0026—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection characterised by constructional features of the bolts

Definitions

  • the invention relates to a device for anchoring under stress in rock.
  • the short type anchors are generally of an elementary design but of an easy handling. Their length being limited, they are not designed for the application of real prestressing tensions. Furthermore, their operating principle is mechanically inapplicable to long type anchors.
  • the short type anchors one of the oldest is the Perfo type bolt in which two perforated half-cylinders stuffed with mortar are joined and introduced into the cavity, the mortar then being driven out by percussion through the perforations.
  • the known drawbacks of this system are due to its precarious results, given the small volume of mortar it contains and the insufficient control that there are anchoring conditions.
  • Selfix type tie rods have a breakable capsule with two compartments filled with resin with two components rigidly mounted on a metal rod of standardized length. After rupture of the capsule, a drill is mounted on the rod to give the latter a vigorous rotation intended to complete the mixing of the components.
  • a drill is mounted on the rod to give the latter a vigorous rotation intended to complete the mixing of the components.
  • Such a principle is inapplicable to long anchorages because of the torque to be applied to the tie rod and the deformability of the tie rod.
  • the SWELLEX anchor is made by expansion under compressed air of an accordion tube, its principle is completely different from that of anchors sealed in place with synthetic cement.
  • Long type anchors generally of high capacity, have a part sealed at the bottom of a borehole connected by tie rods to an anchor head bearing against the orifice of this hole.
  • Such anchors make it possible to exert prestressing tensions on the rock of several tens of tonnes, the sealed part being distant from the anchor head by ten meters and more.
  • Dywidag type anchors use anchors consisting of threaded bars partially sleeved with a sealing sleeve, the end of which is sealed with resin.
  • the sealing material is introduced before the anchor rods are put in place; these do not present the possibility of a subsequent injection of mortar or a simultaneous subsequent control of the anchoring tension.
  • the bundled cables are protected over part of their length by a sheath provided with a sealing sleeve.
  • the sealing injection takes place under pressure via a specific member (injection tube) and is carried out after the anchor is placed in the cavity.
  • One of the objects of the invention is the production of a prestressed anchoring device which can be put in place in a single operation.
  • Another object of the invention is an anchoring device where the factors of the sealing operation are closely controlled.
  • Another object of the invention is an anchoring device having a possibility of checking and rectifying the tension, even after subsequent sealing with mortar.
  • Another object of the invention is to anchor prestress can be tensioned very soon after installation.
  • the subject of the invention is a method of producing anchors under stress in rocky terrain comprising the following steps: the prior drilling of a borehole, the making by extrusion of a cartridge of sealing material, the mounting of the said cartridge in a protective cap at the head of an anchoring device comprising an anchoring sheath surrounding a traction transmission element and a sealing head, the introduction into the cavity of the anchoring device, the verification the positioning of said device, the separation of the sealing head from the anchoring sheath, the crushing of the cartridge of sealing material by acting on the traction transmission element, the hardening of the sealing, switching on the device.
  • the process also includes the following stages: the coating, prior to assembly, of the element intended to transmit traction using an organic compound capable of avoiding its adhesion to the cement and the injection, after tensioning of this element, a mortar grout in the anchor sheath, so that said grout fills the anchor sheath in its entirety and rises towards the surface on the periphery thereof.
  • Another object of the invention is a device for anchoring under stress in rocky terrain intended to be placed in a borehole comprising: - a sealing head capable of being sealed in the rock, - a movable anchoring head capable of bearing on the wall around the mouth of the drilling, a traction element capable of ensuring a tensile stress between the sealing head and the anchoring head, - An anchoring sheath capable of being cemented in place, surrounding the said traction transmission element.
  • This device also includes: - a cartridge of sealing material consisting of a sealing material contained in an easily destructible envelope mounted at the front of the sealing head, - a perforated protective cap or "strainer” fixed to the anchoring sheath and surrounding said cartridge of sealing material, - An unlockable connecting element between the sealing head and the anchoring sheath, said connecting element being able to be actuated by means of the traction element.
  • the envelope enclosing the cartridge of sealing material is a film of polymeric material.
  • the anchoring sheath is closed at its rear end by a nozzle mounted on the anchoring head; the anchor head is traversed by two openings communicating, respectively, with the internal volume of the sheath and with the volume of the borehole external to the sheath, these two volumes being placed in communication towards the front of the device by the perforations of the protective cap.
  • the traction transmission element has, vis- vis-à-vis its sheathing, a low coefficient of adhesion.
  • the element for transmitting the stress is a greased-sheathed cable.
  • the greased-sheathed cable is stripped of its sheathing over part of its length.
  • the sealing head comprises several modular sealing elements provided with a profile capable of promoting the transmission of their anchoring force via the rock sealing material, threaded on the cable.
  • the unlockable fixing mechanism of the sealing head is a bayonet mount.
  • An advantageous embodiment of the protective cap is that of an openwork grid.
  • the anchoring device according to the invention can be used in a very flexible manner, with minimum equipment and even by calling, if necessary, on inexperienced personnel; - during its installation, the cartridge is mechanically protected to avoid its premature opening.
  • the location and the time of opening are therefore perfectly controlled; in particular, it is possible to remove the cartridge during operation in the event of the unexpected; - the possibility of additional injection of a pressurized grout, on the one hand, sealing the anchor and improving, on the other hand, the qualities of the host rock by filling in any cracks; - Even after additional injection of this cement grout, the anchoring according to the invention retains the possibility of re-energizing at any time as well as that of a permanent control of this tension; - By the configuration of the device and by the shape of the sealing elements, the sealing material is stressed in compression, which is an advantageous factor; - great ease of implementation; just like certain short anchors, the anchoring device of the invention forms with the cartridge of sealing material a complete assembly, the sealing head being introduced, after assembly of the cartridge of sealing material in a single operation, in the anchor hole drilled beforehand; - It is possible to easily adjust the free length of anchoring by partially stripping the traction element; likewise, - It is easy to modulate the length sealed with the sealing
  • Figs. 1 to 5 show schematically the different phases of use of the anchoring device according to the invention.
  • the anchoring device 1 is provided with its sealing material cartridge 2, the components of which are mixed on site, prior to the introduction. After preparation and extrusion, the cartridge of sealing material 2 is put in place at the head of the device, abutting against the spun sleeve 3 crimped at the end of the greased-sheathed cable 4.
  • An openwork cap 5 also called strainer
  • the sealing elements 7 (the role of which will be explained below) are mounted on the cable 4 below the spun sleeve.
  • the set of sealing elements 7 and the spun sleeve 3 mounted at the end of the cable 4 form the sealing head 8.
  • the sealing head 8 is fixed by means of the unlockable connecting elements 9, 10 (shown in more detail in FIGS. 7, 8, 9 and 10) to the anchoring sheath and to the perforated cap 5.
  • Fig. 2 is a schematic sectional view of the anchoring device 1 introduced into the hole 6 previously drilled.
  • the anchoring sheath 11 and the greased-sheathed cable 4 form an assembly of sufficient rigidity so that the sealing head 8 can be inserted without difficulty into the borehole 6, as if it had been mounted at the end of a perch.
  • the set is however flexible enough to accommodate irregularities and can bend according to the dimensions of the site; in particular, it is perfectly possible to place an anchor whose length is greater than the diameter of the gallery where the work is carried out.
  • Fig. 3 is a schematic sectional view of the anchoring device 1 after crushing the cartridge 2.
  • the operator unlocks the connecting elements 9, 10 ( in this case, united by a bayonet mount) which makes the sealing head 8 and the anchoring sheath 11.
  • a twist is exerted on the cable 4 so as to release two lugs 29 from grooves bent at right angles 32, formed on the lateral face of a cable clamp cylindrical 9 (Fig. 7 and 8).
  • the sealing head 8 and the cable 4 can slide longitudinally with respect to the anchoring sheath 11. It suffices to apply to the cable 4 a push to pierce the cartridge of sealing material 2, the contents of which spread in the cavity, creeps through the openings of the protective cap 5 and drowns the sealing elements 7.
  • the anchoring device 1 is left to stand for the time necessary for the setting of the sealing material (for example a few hours for synthetic mortar), after which it can be put directly under tension.
  • Fig. 4 shows the anchoring device 1 after power-up.
  • An anchor plate 12 is disposed on the orifice of the borehole.
  • a key pot 13 is mounted on the anchor plate 12, this assembly forming the anchor head.
  • the application of a jack allows the tensioning of the cable which is then kept under tension in the key pot 13 by keys 14.
  • the centering of the key pot 13, relative to the drilling axis, is ensured by the presence of a ball joint assembly 15.
  • FIG. 11 the anchoring device can be used as it is, the cable 4 remaining free in its anchoring sheath 11, which provides him with initial protection.
  • This protection can however be reinforced by injecting a cement mortar grout into the cavity 6, which is done in a controlled manner thanks to the design of the anchoring sheath 11 and the anchoring plate 12, as will be seen. referring to FIG. 5.
  • Fig. 5 is a schematic sectional view of the anchoring device 1 during the injection of the filling mortar 16.
  • a first opening 17 opens out inside the anchor sheath 11.
  • a second opening 18 opens out in the borehole 6 outside the anchor sheath 11.
  • a cement mortar grout 16 is injected under pressure through the opening 17. This mortar grout 16 flows along the anchoring sheath 11 and reaches the level of the perforated protective cap 5.
  • the length of the perforated protective cap 5 is such that its rear end emerges from the mass taken in the sealing material.
  • the cement mortar grout 16 injected under pressure creeps in through the openings of the remaining length of the cover 5 and flows back from the outside of the anchoring sheath 11 to the opening 18, thus attesting to the continuity of the coating.
  • This grout 16 once hardened, consolidates the rock around the anchoring device 1, provides a second protection of the latter and strengthens the sealing of the sealing head 8.
  • the cable 4 can continue to play freely relative to its sheath 19, even after injection of the mortar 16.
  • the cable 4 can therefore continue to freely exert the prestressing tension on the surrounding rock.
  • Fig. 6 is a more detailed side view of a sealing element 7.
  • the sealing head 8 comprises a number of elements 7 varying according to the constraints imposed on the anchoring and the quality of the rock.
  • these sealing elements 7 are extended, at the rear, by a male part and, at the front, by a female part of corresponding shape.
  • the male part 20 of each element 7 engages in the female part 21 of the next element, so that the sealing head 8 has no discontinuity.
  • a support ring 22 is mounted between the first element 7 and the spun sleeve 3 so as to distribute the pressure exerted by the latter.
  • the presence of this ring is justified by any irregularities appearing on the front surface 23 of the sealing elements 7 depending on their embodiment; the support ring 22 may, if necessary, be omitted.
  • the sealing element 7 shown here is made of machined metal, but it can also be made of molded metal, concrete or synthetic materials, such as resin or plastic.
  • the lateral surface of the sealing elements 7 has reliefs 24 capable of improving their seating in the cavity 6.
  • the reliefs 24 shown in the figure have the form of a helical projection, but it is obvious that they can have any attachment profile compatible with their embodiment and the material used.
  • Fig. 7 shows a perspective sectional view of the connection sleeve 10 which forms the first part of the connecting element 9, 10 between the anchoring sheath 11 and the sealing head 8 described in FIG. 1.
  • the other end of the sleeve 10 is extended by a tip 26 provided with reliefs 27 suitable for securing the sleeve 10 to the anchoring sheath 11.
  • the sleeve 10 is pierced with two diametrically opposite openings 28 in which pins 29 are fixed projecting from the inner part of the sleeve 10.
  • Fig. 8 shows, in perspective, the cable clamp 9 corresponding to the connection sleeve 10 shown in FIG. 7.
  • This cable clamp 9 is fixed to the cable 4 downstream of the sealing elements 7 by a pressure screw 30 resting here on a split ring 31.
  • the lateral face of the cable clamp 9 carries two grooves 32 bent at an angle straight consisting of a rectilinear part 33 parallel to the axis of the cable clamp 9 and a curved part 34, over approximately 90 °, along the perimeter of the cable clamp.
  • Fig. 9 is a sectional view, in perspective, of a variant of the connection sleeve 10, more particularly adapted to a mode of manufacture by molding.
  • the embodiment is distinguished in particular by the shape of the lugs 35 reinforced longitudinally.
  • Fig. 10 is a perspective view of the cable clamp 9 corresponding to the connection sleeve described in FIG. 9.
  • the curved part 34 of the bent groove 32 is wider, in relation to the increased dimension of the pins 35, and has at its end part a widening 36 intended to prevent the pins 35, under the effect of the stresses, from coming out of their accommodation.
  • Fig. 11 is a more detailed view, in section, of the device for tensioning the anchoring device 1.
  • the anchor plate 12 carries claws 37 intended to distribute the thrust on the wall.
  • a closure piece 38 comprising a tip cylinder 39 intended to be pressed into the end of the sheath 11 and a seal 40 applying against the rock wall around the drilling hole 6.
  • Two openings 17, 18 pass through the anchor plate 12 and open, respectively, at the end of the end cylinder 39, in the interior volume of the anchor sheath 11, and at the periphery of the borehole 6, in the volume outside the anchoring sheath 11.
  • Fig. 12 is a view of the head of the anchoring device 1 where all the elements threaded on the cable 4 have been separated.
  • the anchoring sheath 11 There are, progressing towards the end, successively mounted, the anchoring sheath 11, the connection sleeve 10, the protective cap 5, the cable clamp 9, two sealing elements 7, the support ring 22 , finally the end piece here consisting of a spun sleeve 3 which is integral with the cable 4 and transmits the prestressing stress to the whole of the sealed mass.
  • spun sleeve 3 although providing an elegant technical solution to the anchoring according to the invention, can be replaced by any other equivalent technical solution such as bolted sleeves, a crimped part or any dead anchoring of dimensions compatible with the diameter of the borehole.
  • sealing can be obtained using different sealing materials and in particular synthetic mortars, such as resin-based mortars (for example based on epoxy resins or acrylic resins).
  • resin-based mortars for example based on epoxy resins or acrylic resins.

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Abstract

Le dispositif d'ancrage (1) comporte des éléments de scellement (7) destinés à être scellés en place au fond d'un trou de forage (6) par le contenu d'une cartouche de matière de scellement (2) montée en tête du dispositif (1) et protégée par une coiffe de protection (5). Lors de la mise en place, la tête de scellement (8) est fixée à la gaine d'ancrage (11) par un élément de liaison (9,10) déverrouillable. La contrainte est exercée en agissant sur un élément de traction (4) maintenu dans une tête d'ancrage appuyée sur la paroi. Ce dispositif d'ancrage s'applique plus particulièrement au boulonnage des parois de tunnels.

Description

  • L'invention concerne un dispositif d'ancrage sous contrainte dans la roche.
  • De semblables ancrages sont connus, notamment pour le maintien de la voûte de tunnels creusés dans la roche. Ils permettent de stabiliser la roche boulonnée et d'exercer une précontrainte sur les parois de ces tunnels, d'où la possibilité, vu leur facilité de pose, d'une avance très rapide et très sûre des travaux d'excavation.
  • Divers procédés ont été développés au fil des années pour la mise en place de ce type d'ancrage.
  • On distingue, suivant les impératifs auxquels ils sont soumis, les ancrages de type court ne dépassant généralement pas un à deux mètres et les ancrages de type long atteignant la dizaine de mètres et au-delà.
  • Les ancrages de type court sont généralement d'une conception élémentaire mais d'un maniement aisé. Leur longueur étant limitée, ils ne sont pas conçus pour l'application de réelles tensions de précontrainte. Par ailleurs, leur principe de fonctionnement est mécaniquement inapplicable à des ancrages de type long. Parmi les ancrages de type court, un des plus anciens est le boulon de type Perfo dans lequel deux demi-cylindres perforés bourrés de mortier sont accolés et introduits dans la cavité, le mortier étant chassé ensuite par percussion au travers des perforations. Les inconvénients connus de ce système tiennent à ses résultats précaires, vu le faible volume de mortier qu'il contient et le contrôle insuffisant que l'on a des conditions d'ancrage.
  • Les tirants de type Selfix comportent une capsule cassable à deux compartiments remplis de résine à deux composants montée rigidement sur une tige métallique de longueur standardisée. Après rupture de la capsule, une foreuse est montée sur la tige pour imprimer à cette dernière une rotation vigoureuse destinée à achever le mélange des composants. Un tel principe est inapplicable à des ancrages longs du fait du couple à appliquer au tirant et de la déformabilité du tirant.
  • Il n'est pas possible par ailleurs de procéder avec cette méthode à une injection ultérieure d'un coulis de mortier.
  • L'homogénéité du mélange et donc la régularité du durcissement sont toujours problématiques.
  • L'ancrage SWELLEX est réalisé par expansion sous air comprimé d'un tube accordéon, son principe est totalement différent de celui des ancrages scellés en place par un ciment synthétique.
  • Tous ces dispositifs d'ancrage ne s'appliquent qu'à des longueurs de tirant limitées et ne sont pas conçus pour exercer une réelle tension de précontrainte.
  • Les ancrages de type long, généralement de forte capacité, comportent une partie scellée au fond d'un trou de forage reliée par des tirants à une tête d'ancrage prenant appui à l'orifice de ce trou. De tels ancrages permettent d'exercer sur la roche des tensions de précontraintes de plusieurs dizaines de tonnes, la partie scellée étant éloignée de la tête d'ancrage de dix mètres et plus.
  • La plupart de ces procédés ou dispositifs d'ancrage requièrent soit une injection ou une introduction du matériau de scellement préalable à la mise en place des tirants, ce qui double évidemment les manutentions nécessaires, soit l'introduction de ce matériau de scellement après la mise en place du dispositif d'ancrage, méthode qui demande de plus longs délais, ainsi qu'une conception élaborée, plus onéreuse et génératrice de troubles de fonctionnement.
  • Les ancrages de type Dywidag utilisent des tirants d'ancrage constitués de barres filetées manchonnées partiellement avec un manchon d'étanchéité, dont l'extrémité est scellée à la résine. L'introduction du matériau de scellement se fait avant la mise en place des tirants d'ancrage; ces derniers ne présentent pas la possibilité d'une injection ultérieure de mortier ou d'un contr ôle ultérieur simultané de la tension d'ancrage.
  • Ces ancrages utilisent un scellement à la résine à deux composants dont l'homogénéité de durcissement est toujours fonction de la qualité du mélange in situ.
  • Dans les ancrages de type BBRV, les câbles en faisceaux sont protégés sur une partie de leur longueur par une gaine pourvue d'une manchette d'étanchéité. L'injection de scellement a lieu sous pression via un organe spécifique (tube d'injection) et est effectuée après mise en place de l'ancrage dans la cavité.
  • Ces différents procédés impliquent des manutentions importantes lors de la mise en place.
  • Un des buts de l'invention est la réalisation d'un dispositif d'ancrage à précontrainte pouvant être mis en place en une seule opération.
  • Un autre but de l'invention est un dispositif d'ancrage où les facteurs de l'opération de scellement sont étroitement contrôlés.
  • Un autre but de l'invention est un dispositif d'ancrage présentant une possibilité de contrôle et de rectification de la tension, même après scellement ultérieur au mortier.
  • Un autre but de l'invention est un ancrage de précontrainte pouvant être mis sous tension très peu de temps après sa pose.
  • L'invention a pour objet un procédé de réalisation d'ancrages sous contrainte en terrain rocheux comportant les étapes suivants : le forage préalable d'un trou de forage, la confection par extrusion d'une cartouche de matière de scellement, le montage de la dite cartouche dans une coiffe de protection en tête d'un dispositif d'ancrage comportant une gaine d'ancrage entourant un élément de transmission de la traction et une tête de scellement, l'introduction dans la cavité du dispositif d'ancrage, la vérification du positionnement du dit dispositif, la désolidarisation de la tête de scellement d'avec la gaine d'ancrage, l'écrasement de la cartouche de matière de scellement en agissant sur l'élément de transmission de la traction, le durcissement de la matière de scellement, la mise sous tension du dispositif.
  • De façon préférée, le procédé comprend également les étapes suivantes : l'enduction, préalable au montage, de l'élément destiné à transmettre la traction à l'aide d'un composé organique apte à éviter son adhérence au ciment et l'injection, après mise sous tension de cet élément, d'un coulis de mortier dans la gaine d'ancrage, de façon telle que le dit coulis remplisse gaine d'ancrage dans sa totalité et remonte vers la surface sur le pourtour de celle-ci.
  • Un autre objet de l'invention est un dispositif d'ancrage sous contrainte en terrain rocheux destiné à être mis en place dans un trou de forage comportant :
    - une tête de scellement apte à être scellée dans la roche,
    - une tête d'ancrage mobile apte à prendre appui sur la paroi autour de l'embouchure du trou de forage,
    - un élément de traction apte à assurer une traction de contrainte entre la tête de scellement et la tête d'ancrage,
    - une gaine d'ancrage apte à être cimentée en place, entourant le dit élément de transmission de la traction.
  • Ce dispositif comporte également :
    - une cartouche de matière de scellement constituée d'une matière de scellement contenue dans une enveloppe aisément destructible montée à l'avant de la tête de scellement,
    - une coiffe de protection perforée ou "crépine" fixée à la gaine d'ancrage et entourant la dite cartouche de matière de scellement,
    - un élément de liaison déverrouillable entre la tête de scellement et la gaine d'ancrage, le dit élément de liaison étant apte à être actionné par l'intermédiaire de l'élément de traction.
  • Suivant une forme de réalisation avantageuse, l'enveloppe enserrant la cartouche de matière de scellement est une pellicule en matériau polymère.
  • Comme matière de scellement, on peut avantageusement utiliser un mortier de synthèse.
  • Suivant une forme d'exécution préférée, la gaine d'ancrage est fermée à son extrémité arrière par un embout monté sur la tête d'ancrage; la tête d'ancrage est traversée par deux ouvertures communiquant, respectivement, avec le volume intérieur de la gaine et avec le volume du trou de forage extérieur à la gaine, ces deux volumes étant mis en communication vers l'avant du dispositif par les perforations de la coiffe de protection.
  • Suivant une forme d'exécution avantageuse, l'élément de transmission de la traction présente, vis- à-vis de son gainage, un faible coefficient d'adhérence.
  • Suivant une forme d'exécution préférée, l'élément de transmission de la contrainte est un câble graissé-gainé.
  • Suivant une forme d'exécution particulière, le câble graissé-gainé est dénudé de son gainage sur une partie de sa longueur.
  • Suivant une forme de réalisation préférée, la tête de scellement comprend plusieurs éléments de scellement modulaires dotés d'un profil propre à favoriser la transmission de leur force d'ancrage via la matière de scellement à la roche, enfilés sur le câble.
  • Suivant une forme de réalisation avantageuse, le mécanisme de fixation déverrouillable de la tête de scellement est une monture à baïonnette.
  • Une forme de réalisation avantageuse de la coiffe de protection est celle d'une grille ajourée.
  • Parmi les avantages de l'invention sur les procédés classiques de la technique existante, on peut citer notamment les suivants :
    - grâce à sa simplicité d'emploi, le dispositif d'ancrage selon l'invention peut être utilisé de façon très souple, avec un matériel minimum et même en faisant appel, le cas échéant, à un personnel peu expérimenté;
    - lors de sa mise en place, la cartouche est protégée mécaniquement pour éviter son ouverture prématurée. La localisation et le moment de l'ouverture sont donc parfaitement contrôlés; en particulier, il est possible de retirer la cartouche en cours d'opération en cas d'imprévu;
    - la possibilité d'une injection complémentaire d'un coulis sous pression confortant, d'une part, le scellement de l'ancrage et améliorant, d'autre part, les qualités de la roche encaissante par remplissage des fissures éventuelles;
    - même après injection complémentaire de ce coulis de ciment, l'ancrage selon l'invention garde la possibilité d'une remise sous tension à tout moment ainsi que celle d'un contrôle permanent de cette tension;
    - de par la configuration du dispositif et de par la forme des éléments de scellement, la matière de scellement est sollicitée en compression, ce qui est un facteur avantageux;
    - une très grande facilité de mise en oeuvre; tout comme certains ancrages courts, le dispositif d'ancrage de l'invention forme avec la cartouche de matière de scellement un ensemble complet, la tête de scellement s'introduisant, après montage de la cartouche de matière de scellement en une seule opération, dans le trou d'ancrage foré au préalable;
    - il est possible de régler avec beaucoup de facilité la longueur libre d'ancrage en dénudant partiellement l'élément de traction; de même,
    - il est aisé de moduler la longueur scellée avec la matière de scellement en modifiant, lors du montage de l'ancrage, le nombre d'éléments de scellement utilisés; enfin,
    - l'utilisation d'un câble souple permet l'usage d'ancrages de longueur supérieure au diamètre de la galerie et procure une grande facilité de transport sur site.
  • D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée d'une forme d'exécution préférée décrite ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels :
    • la Fig. 1 est une vue schématique du dispo sitif d'ancrage selon l'invention;
    • la Fig. 2 est une vue en coupe schématique du même dispositif introduit dans le trou d'ancrage;
    • la Fig. 3 est une vue du dispositif d'ancrage après écrasement de la cartouche de matière de scellement;
    • la Fig. 4 est une vue du dispositif a près durcissement de la matière de scellement et mise sous tension;
    • la Fig. 5 est une vue en cours d'injection du coulis de remplissage;
    • la Fig. 6 est une vue latérale plus détaillée d'un élément de scellement;
    • la Fig. 7 est une vue en coupe en perspective d'un manchon de l'élément de liaison du câble à sa gaine d'ancrage;
    • la Fig. 8 est une vue en perspective du serre-câble correspondant au manchon de raccordement décrit à la Fig. 7;
    • la Fig. 9 est une vue en coupe en perspective d'une autre exécution du manchon de raccordement;
    • la Fig. 10 est une vue en perspective du serre-câble correspondant au manchon montré à la Fig. 9;
    • la Fig. 11 est une vue en coupe plus détaillée de la tête d'ancrage, et
    • la Fig. 12 est une vue de la tête de scellement du dispositif d'ancrage où les éléments enfilés sur le câble ont été dissociés.
  • Les Fig. 1 à 5 montrent de façon schématique les différentes phases d'utilisation du dispositif d'ancrage selon l'invention.
  • A la Fig. 1, le dispositif d'ancrage 1 est pourvu de sa cartouche de matière de scellement 2 dont les composants sont mélangés sur site, préalablement à l'introduction. Après préparation et extrusion, la cartouche de matière de scellement 2 est mise en place en tête du dispositif, butant contre le manchon filé 3 serti à l'extrémité du câble graissé-gainé 4. Une coiffe ajourée 5 (également dénommée crépine) protège la cartouche 2 lors de son introduction dans le trou de forage 6.
  • Les éléments de scellement 7 (dont le rôle sera explicité plus loin) sont montés sur le câble 4 en deçà du manchon filé.
  • L'ensemble des éléments de scellement 7 et le manchon filé 3 montés à l'extrémité du câble 4 forment la tête de scellement 8.
  • La tête de scellement 8 est fixée par l'intermédiaire des éléments de liaison déverrouillables 9, 10 (montrés plus en détail aux Fig. 7, 8, 9 et 10) à la gaine d'ancrage et à la coiffe ajourée 5.
  • La Fig. 2 est une vue en coupe schématique du dispositif d'ancrage 1 introduit dans le trou 6 foré au préalable. La gaine d'ancrage 11 et le câble graissé-gainé 4 forment un ensemble d'une rigidité suffisante pour que la tête de scellement 8 puisse être introduite sans peine dans le trou de forage 6, comme si elle était montée au bout d'une perche. L'ensemble est cependant suffisamment souple pour épouser les irrégularités et peut se plier au gré des dimensions du site; en particulier, il est parfaitement possible de poser un ancrage dont la longueur est supérieure au diamètre de la galerie où s'effectue le travail.
  • La Fig. 3 est une vue schématique en coupe du dispositif d'ancrage 1 après écrasement de la cartouche 2. Lorsque l'extrémité de la tête de scellement 8 vient buter contre le fond du trou, l'opérateur déverrouille les éléments de liaison 9, 10 (en l'occurrence, unis par une monture à baïonnette) qui rend solidaire la tête de scellement 8 et la gaine d'ancrage 11. Pour ce faire, une torsion est exercée sur le câble 4 de façon à dégager deux ergots 29 de saignées coudées à angle droit 32, pratiquées sur la face latérale d'un serre-câble cylindrique 9 (Fig. 7 et 8).
  • Après déverrouillage, la tête de scellement 8 et le câble 4 peuvent coulisser longitudinalement par rapport à la gaine d'ancrage 11. Il suffit d'appliquer au câble 4 une poussée pour percer la cartouche de matière de scellement 2 dont le contenu se répand dans la cavité, s'insinue au travers des ouvertures de la coiffe de protection 5 et noie les éléments de scellement 7.
  • Ces derniers éléments contribuent pour une part importante à l'efficacité du dipositif d'ancrage selon l'invention. Ils sont montrés plus en détail à la Fig. 6.
  • Le dispositif d'ancrage 1 est laissé au repos durant le temps nécessaire à la prise de la matière de scellement (par exemple quelques heures pour du mortier synthétique), après quoi il peut être m is directement sous tension.
  • La Fig. 4 montre le dispositif d'ancrage 1 après mise sous tension. Une plaque d'ancrage 12 est disposée sur l'orifice du trou de forage. Un pot à clavettes 13 est monté sur la plaque d'ancrage 12, cet ensemble formant la tête d'ancrage. L'application d'un vérin permet la mise sous tension du câble qui est ensuite maintenu sous tension dans le pot à clavettes 13 par des clavettes 14. Le centrage du pot à clavettes 13, par rapport à l'axe de percement, est assuré par la présence d'un montage à rotule 15. Une vue plus détaillée en sera montrée à la Fig. 11. A ce stade, on peut utiliser le dispositif d'ancrage tel quel, le câble 4 restant libre dans sa gaine d'ancrage 11, laquelle lui assure une première protection. Cette protection peut cependant être renforcée en injectant un coulis de mortier de ciment dans la cavité 6, ce qui se fait de façon contrôlée grâce à la conception de la gaine d'ancrage 11 et de la plaque d'ancrage 12, comme on le verra en se référant à la Fig. 5.
  • La Fig. 5 est une vue en coupe schématique du dispositif d'ancrage 1 lors de l'injection du mortier de remplissage 16.
  • Deux ouvertures sont percées dans la plaque d'ancrage 12. Une première ouverture 17 débouche à l'intérieur de la gaine d'ancrage 11. Une seconde ouverture 18 débouche dans le trou de forage 6 à l'extérieur de la gaine d'ancrage 11.
  • On injecte sous pression par l'ouverture 17 un coulis de mortier de ciment 16. Ce coulis de mortier 16 s'écoule le long de la gaine d'ancrage 11 et parvient à hauteur de la coiffe de protection ajourée 5.
  • La longueur de la coiffe de protection ajourée 5 est telle que son extrémité arrière émerge de la masse prise dans la matière de scellement.
  • Le coulis de mortier de ciment 16 injecté sous pression s'insinue par les ouvertures de la longueur subsistante de la coiffe 5 et reflue par l'extérieur de la gaine d'ancrage 11 jusqu'à l'ouverture 18, attestant ainsi de la continuité de l'enrobage. Ce coulis 16, une fois durci, consolide la roche autour du dispositif d'ancrage 1, assure une seconde protection de celui-ci et renforce le scellement de la tête de scellement 8.
  • Grâce à son enrobage de graisse, le câble 4 peut continuer à jouer librement par rapport à sa gaine 19, méme après injection du mortier 16. Le câble 4 peut donc continuer à exercer librement la tension de précontrainte sur la roche environnante.
  • Selon les exigences du chantier, on peut également prévoir un câble 4 dépourvu sur tout ou sur partie de sa longueur de son enrobage et de sa gaine 19, de sorte qu'il se retrouve, après coulée du mortier 16, immobilisé partiellement dans sa gangue de mortier 16, ce qui lui assure une longueur d'ancrage supplémentaire et modifie en conséquence, les caractéristiques de l'ancrage.
  • La Fig. 6 est une vue latérale plus détaillée d'un élément de scellement 7. Comme il a été précisé plus haut, la tête de scellement 8 comprend un nombre d'éléments 7 variable en fonction des contraintes imposées à l'ancrage et de la qualité de la roche. De façon optionnelle, ces éléments de scellement 7 sont prolongés, à l'arrière, par une partie mâle et, à l'avant, par une partie femelle de forme correspondante.
  • Lors de l'assemblage, la partie mâle 20 de chaque élément 7 s'engage dans la partie femelle 21 de l'élément suivant, de sorte que la tête de scellement 8 ne présente pas de discontinuité.
  • Une bague d'appui 22 est montée entre le premier élément 7 et le manchon filé 3 de façon à répartir la pression exercée par celui-ci. La présence de cette bague est justifiée par les éventuelles irrégularités apparaissant à la surface frontale 23 des éléments de scellement 7 en fonction de leur mode de réalisation; la bague d'appui 22 pourra, le cas échéant, être omise. L'élément de scellement 7 ici représenté est en métal usiné, mais il peut également être exécuté en métal moulé, en béton ou en matériaux synthétiques, tels la résin e ou le plastique.
  • La surface latérale des éléments de scellement 7 comporte des reliefs 24 propres à améliorer leur assise dans la cavité 6. Les reliefs 24 représentés sur la figure ont la forme d'une saillie hélicoïdale, mais il est évident qu'ils peuvent présenter un profil d'accrochage quelconque compatible avec leur mode de réalisation et la matière employée.
  • La Fig. 7 montre une vue en coupe en perspective du manchon de raccordement 10 qui forme la première partie de l'élément de liaison 9,10 entre la gaine d'ancrage 11 et la tête de scellement 8 décrite à la Fig. 1.
  • L'extrémité de ce manchon 10, tournée vers la tête de scellement 8, est creusée d'une feuillure 25 destinée à l'insertion de la coiffe de protection 5.
  • L'autre extrémité du manchon 10 se prolonge par un embout 26 garni de reliefs 27 propres à solidariser le manchon 10 à la gaine d'ancrage 11.
  • Le manchon 10 est percé de deux ouvertures 28 diamétralement opposées où sont fixés des ergots 29 formant saillie à la partie intérieure du manchon 10.
  • La Fig. 8 montre, en perspective, le serre-câble 9 correspondant au manchon de raccordement 10 montré à la Fig. 7. Ce serre-câble 9 est fixé sur le câble 4 en aval des éléments de scellement 7 par une vis de pression 30 prenant ici appui sur une bague fendue 31. La face latérale du serre-câble 9 porte deux saignées 32 coudées à angle droit constituées d'une partie rectiligne 33 parallèle à l'axe du serre-câble 9 et une partie incurvée 34, sur environ 90°, suivant le périmètre du serre-câble.
  • La Fig. 9 est une vue en coupe, en perspective, d'une variante du manchon de raccordement 10, adaptée plus spécialement à un mode de fabrication par moulage. La réalisation se différencie notamment par la forme des ergots 35 renforcés longitudinalement.
  • La Fig. 10 est une vue, en perspective, du serre-câble 9 correspondant au manchon de raccordement décrit à la Fig. 9.
  • La partie incurvée 34 de la saignée 32 coudée est plus large, en rapport avec la dimension accrue des ergots 35, et comporte à sa partie terminale un élargissement 36 destiné à éviter que les ergots 35, sous l'effet des sollicitations, ne sortent de leur logement.
  • La Fig. 11 est une vue plus détaillée, en coupe, du dispositif de mise sous tension du dispositif d'ancrage 1.
  • La plaque d'ancrage 12 porte des griffes 37 destinées à répartir la poussée sur la paroi.
  • L'embouchure du trou de forage est fermée par une pièce de fermeture 38 comportant un cylindre d'embout 39 destiné à être enfoncé dans l'extrémité de la gaine 11 et un joint d'étanchéité 40 s'appliquant contre la paroi rocheuse autour du trou 6 de forage. Deux ouvertures 17,18 traversent la plaque d'ancrage 12 et débouchent, respectivement, à l'extrémité du cylindre d'embout 39, dans le volume intérieur de la gaine d'ancrage 11, et à la périphérie du trou de forage 6, dans le volume extérieur à la gaine d'ancrage 11.
  • Le maintien du câble 4 sous tension est assuré par le coincement des clavettes 14 dans le pot à clavettes 13. L'alignement du dispositif de maintien 13,14 avec l'axe du câble 4 s'opère automatiquement par la présence de la rotule 15. Grâce au pot à clavettes 13, la mise sous tension ("boulonnage") du dispositif d'ancrage 1 est simplifiée puisque ce système d'attache ne nécessite par de déplacer un écrou par rotation pendant que le vérin de mise sous tension exerce une traction sur une tige d'ancrage.
  • La Fig. 12 est une vue de la tête du dispositif d'ancrage 1 où tous les éléments enfilés sur le câble 4 ont été dissociés.
  • On distingue, en progressant vers l'extrémité, montés successivement, la gaine d'ancrage 11, le manchon de raccordement 10, la coiffe de protection 5, le serre-câble 9, deux éléments de scellement 7, la bague d'appui 22, enfin la pièce de bout constituée ici d'un manchon filé 3 qui fait corps avec le câble 4 et transmet la sollic itation de précontrainte à l'ensemble de la masse scellée.
  • Il est évident que le manchon filé 3, bien qu'apportant une solution technique élégante à l'ancrage selon l'invention, peut être remplacé par toute autre solution technique équivalente telle que des manchons boulonnés, une pièce sertie ou tout ancrage mort de dimensions compatibles avec le diamètre du forage.
  • De même, le scellement peut être obtenu à l'aide de différentes matières de scellement et notamment les mortiers synthétiques, tels que les mortiers à base de résines (par exemple à base de résines époxy ou de résines acryliques).
  • Par ailleurs, on peut utiliser pour joindre entre eux les éléments de liaison déverrouillables 9 et 10, sans sortir du cadre de l'invention, d'autres systèmes d'assemblage assurant la même fonction, comme, par exemple, un pas de vis de forme appropriée.

Claims (12)

1.- Procédé de réalisation d'ancrages sous contrainte en terrain rocheux comportant les étapes suivantes :
- forage préalable d'un trou de forage (6),
- confection par extrusion sur site, d'une cartouche de matière de scellement (2), contenue dans une enveloppe aisément destructible,
- montage de la dite cartouche (2) dans une coiffe de protection (5) en tête d'un dispositif d'ancrage (1) comportant une gaine d'ancrage (11) entourant un élément (4) apte à exercer une traction et une tête de scellement (8),
- introduction dans la dite cavité (6) du dispositif d'ancrage (1),
- vérification du positionnement correct du dit dispositif (1),
- désolidarisation de la tête de scellement (8) d'avec la gaine d'ancrage (11),
- écrasement de la cartouche de matière de scellement (2),
- durcissement de la matière de scellement,
- mise sous tension du dispositif (1).
2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, les étapes suivantes :
- enduction, préalable au montage, de l'élément (4) apte à exercer une traction avec une substance apte à éviter son adhérence au mortier,
- injection, après mise sous tension de cet élément (4), d'un coulis de mortier (16) dans la gaine d'ancrage (11), de façon telle que le dit coulis remplisse la gaine d'ancrage (11) et remonte sur le pourtour de celle-ci.
3.- Dispositif d'ancrage sous contrainte (1) en terrain rocheux destiné à être mis en place dans un trou de forage (6) comportant :
- une tête de scellement (8) apte à être scellée dans la roche,
- une tête d'ancrage (12,13,14) apte à prendre appui sur la paroi autour de l'embouchure du trou de forage (6),
- un élément de traction (4) apte à assurer une traction de contrainte entre la tête de scellement (8) et la tête d'ancrage (12,13,14),
- une gaine d'ancrage (11) apte à être cimentée en place entourant le dit élément de traction (4),
caractérisé en ce qu'il comporte, en outre :
- une cartouche de matière de scellement (2), contenue dans une enveloppe aisément destructible montée à l'avant de la tête de scellement (8),
- une coiffe de protection perforée (5) fixée à la gaine d'ancrage (11) et entourant la dite cartouche de matière de scellement (2),
- des éléments de liaison déverrouillables (9,10) entre la tête de scellement (8) et la gaine d'ancrage (11), les dits éléments (9,10) étant aptes à être actionnés par l'intermédiaire de l'élément de traction (4).
4.- Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'enveloppe enserrant la cartouche de matière de scellement (2) est une pellicule en matériau polymère.
5.- Dispositif d'ancrage (1) suivant l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la gaine d'ancrage (11) est fermée à son extrémité arrière par un embout monté sur la tête d'ancrage (12,13,14), laquelle tête d'ancrage est traversée par deux ouvertures (17,18) communiquant, respectivement, avec le volume intérieur de la gaine (11 ) et avec le volume du trou de forage (6) extérieur à la gaine (11), ces deux volumes étant mis en communication, vers l'avant du dispositif d'ancrage (1), par les perforations de la coiffe de protection (5).
6.- Dispositif d'ancrage (1) suivant l'une quelconque des revendications 3, 4 et 5, caractérisé en ce que l'élément de traction (4) est pourvu d'un enrobage apte à éviter son adhérence vis-à-vis du ciment (19).
7.- Dispositif d'ancrage (1) suivant la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément de traction (4) est un câble monotoron graissé-gainé.
8.- Dispositif d'ancrage (1) suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le câble monotoron graissé-gainé (4) est, sur une partie de sa longueur, dépourvu de sa gaine (11) et de la graisse dont il est enduit.
9.- Dispositif d'ancrage (1) suivant l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que la tête de scellement (8) comprend plusieurs éléments (7) de scellement modulaires dotés d'un profil apte à favoriser la transmission de leur force d'ancrage, via la matière de scellement, à la roche, enfilés sur l'élément de traction (4).
10.- Dispositif d'ancrage (1) suivant l'une quelconque des revendications 3 à 9 , caractérisé en ce que l'élément de liaison (9,10) entre la tête de scellement (8) et la gaine d'ancrage (11) est une monture à baïonnette.
11.- Dispositif d'ancrage (1) suivant l'une quelconque des revendications 3 à 10, caractérisé en ce que la coiffe de protection (5) de la cartouche de matière de scellement (2) est une crépine ajourée.
12.- Dispositif d'ancrage suivant l'une quelconque des revendications 3 à 11, caractérisé en ce que l'extrémité de l'élément de traction (4) est garnie d'un manchon filé (3).
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