EP0581688A1 - Procédé et dispositif pour enfoncer un tube dans le sol, par battage, notamment pour réaliser un pieu de fondation - Google Patents

Procédé et dispositif pour enfoncer un tube dans le sol, par battage, notamment pour réaliser un pieu de fondation Download PDF

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EP0581688A1
EP0581688A1 EP93401984A EP93401984A EP0581688A1 EP 0581688 A1 EP0581688 A1 EP 0581688A1 EP 93401984 A EP93401984 A EP 93401984A EP 93401984 A EP93401984 A EP 93401984A EP 0581688 A1 EP0581688 A1 EP 0581688A1
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tube
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threshing
hammer
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Bouygues Offshore SA
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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/72—Pile shoes
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D7/00—Methods or apparatus for placing sheet pile bulkheads, piles, mouldpipes, or other moulds
    • E02D7/28—Placing of hollow pipes or mould pipes by means arranged inside the piles or pipes

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for driving a tube into the ground, by threshing, for the purpose, for example, of making a stake or a pile, in particular for a foundation on land, in a port or at sea.
  • a known technique for beating a tube in order to form a pile consists in closing the lower end of the pile by a stopper made of resistant material, in particular concrete, so as to define a driving head and to beat this head by dropping a mass inside the tube.
  • Variants of this technique consist in replacing this stopper made of resistant material with a metal cover (French patent 85 19405).
  • Another known technique is to provide the tube in its lower part with a shoulder on which comes to bear a metal plug in the shape of a point, on which one comes to strike by causing a metallic mass to fall (French patent 72 03451).
  • the recovery of the driving head is impossible in the case of the cover and requires special tools in the case of the metal plug. However, it may be necessary to remove this driving head to drill a harder soil area impossible to cross by threshing or to make a recognition of the foundation soil.
  • the wall thickness of the pile or pile is much more often determined by the value of the impact of threshing impact to be supported than by the final load applied to the pile, which leads to unnecessary extra expense.
  • the head-threshing system is always very noisy and often prohibits its use in urbanized areas.
  • this pile driving technique does not allow a rigorous control of the state of the pile or of the pile in its lower part, and when these controls have been performed after the fact, it has often been observed that the tube has been crushed.
  • the present invention proposes to remedy the drawbacks which have just been mentioned.
  • the tube is provided in the lower part with an internal lateral support, a driving head is applied against this support, the upper part of which is movable in a cage secured to a hydraulic or electro-magnetic hammer and which is equipped with a point before penetrating the ground, which projects at the lower end of the tube when the head is in support and the hammer is controlled to transmit the threshing energy to the head by the upper end or by the lower end of the cage, depending on whether you want to push the tube or extract the head.
  • the tube is provided in the lower part with an internal lateral and transverse threshing support, leaving at least the major part of the cross section of the tube clear.
  • FIG. 1 essentially shows a tube 1 into which a hydraulic hammer 3 has been introduced provided with a driving head 2.
  • the driving head 2 is supported on a support means constituted in this example by an annular flange 4 formed inside the tube 1 near the lower end 1a of the tube.
  • This flange came from manufacture with the tube, or was machined in the tube, or was attached to the tube, in which case it may be made of a material different from that of the tube.
  • the tube 1 is, for example, made of concrete and the collar 4 is provided by an annular shoe 5 made of steel attached to the tube and which constitutes the lower end of the tube.
  • the driving head 2 is equipped with a front penetration point 6 which projects from the lower end of the tube when the head is in contact with the flange (fig. 2).
  • the head is made of steel, concrete, or another material in a manner known per se.
  • the point is, for example, a conical steel point, possibly filled with a ballast.
  • the means for constituting the internal threshing support of the tube can be more complex than a simple collar.
  • FIG. 3 shows by way of example a support constituted by a pair of opposite vertical racks 7,7 'which provide a plurality of stepped supports for radial pieces 8,8' fixed to the shutter 2 and which mesh with the racks in the direction of threshing.
  • This damper makes it possible to transmit to the tube only a part of the threshing energy applied to the head and therefore to size this tube for the final load to be received and not for the threshing shock force to be supported.
  • annular jack In the embodiment of FIGS. 5 to 7, there is also interposed, between the threshing support 4 and the driving head 2, an annular jack consisting of an annular piston 10 and a chamber 11 containing a hydraulic fluid and that we can put in the exhaust.
  • Figures 7A, 7B, 7C, 7D illustrate the operation of such a device.
  • the annular cylinder (10,11) therefore allows the threshing energy to be used to beat only the head, or only the tube, or both the tube and the head.
  • a hydraulic hammer 3 supplied by an umbilical 12 is used to beat the head.
  • hammers known per se (cf. for example the publications EP-A-0206384 and EP-A-0095801), comprise a striking mass which moves in a chamber in one direction under the action of a hydraulic fluid and , in the other direction, under the action of gravity preferably combined with the effect of a hydraulic fluid.
  • the hammer shown in the figures comprises a cage (13) integral with the hammer and in which the upper part 2a of the driving head 2 can be moved, trapped in the cage, between an upper end (13a) and a lower shoulder (13b) from the cage.
  • Such a structure makes it possible to use the energy of the hammer either to drive the head and the tube, or on the contrary, to extract the head from the tube, if the direction of the blows is reversed.
  • the upper end (13a) of the cage which transmits the threshing energy to the head in the direction of insertion.
  • Hydraulic or electro-magnetic hammers allow curved piles to be made if the curvature of the pile is compatible with the length of the hammer and does not prevent the hammer from being put in and out.
  • the invention is not limited to these exemplary embodiments.
  • Tube 1 can be used as, if it has a wall thickness and sufficient strength, for a foundation, where it can be filled with a hardenable material such as concrete, in a manner known per se.
  • This tube is made of all suitable materials, and preferably steel or concrete tubes are used.
  • the ends of the tubes are straight or bevelled.

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Abstract

On bat le tube au moyen d'un marteau hydraulique ou électro-magnétique (3) appliqué contre une tête d'obturation (2) située au fond du tube. De préférence on munit le tube en partie basse d'un appui de battage (4) et on utilise une tête amovible apte à reposer latéralement sur cet appui. L'invention s'applique notamment à la réalisation d'un pieu ou d'une pile, en particulier pour une fondation. <IMAGE>

Description

  • L'invention concerne un procédé et un dispositif pour enfoncer un tube dans le sol, par battage, dans le but, par exemple, de réaliser un pieu ou une pile, en particulier pour une fondation sur terre, dans un port ou en mer.
  • Une technique connue pour battre un tube afin de former un pieu consiste à fermer l'extrémité inférieure du pieu par un bouchon en matière résistante, en particulier en béton, de manière à définir une tête de fonçage et à battre cette tête en faisant chuter une masse à l'intérieur du tube.
  • Des variantes de cette technique consistent à remplacer ce bouchon en matière résistante par un couvercle métallique (brevet français 85 19405). Une autre technique connue est de munir le tube en sa partie basse d'un épaulement sur lequel vient prendre appui un bouchon métallique en forme de pointe, sur lequel on vient frapper en faisant chuter une masse métallique (brevet français 72 03451).
  • Les défauts majeurs de ces différents systèmes sont les suivants :
    • Dans le cas d'emploi de bouchon en béton, la pénétration du tube n'est assurée que par le frottement du bouchon sur son enveloppe et ce procédé ne permet pas de réaliser des pieux ou piles de grande longueur.
  • La récupération de la tête de fonçage est impossible dans le cas du couvercle et nécessite des outils spéciaux dans le cas du bouchon métallique. Or, il peut être nécessaire d'enlever cette tête de fonçage pour forer une zone de sol plus dure impossible à traverser par battage ou pour faire une reconnaissance du sol de fondation.
  • Tous ces procédés fonctionnent mal ou ne fonctionnent pas du tout pour battre des pieux ou piles inclinés et encore moins des piles courbes assez fré- quemment utilisées pour guider les forages pétroliers dans leur partie supérieure.
  • C'est une des raisons pour lesquelles la plupart des battages de pieux ou de piles sont exécutés à l'aide de moutons tapant sur un casque recouvrant la tête de ces tubes.
  • Les défauts majeurs de ces systèmes de frappe en tête sont les suivants :
    • L'énergie de battage nécessaire pour atteindre un enfoncement déterminé de la pile ou du pieu est presque toujours supérieure à l'énergie que nécessiterait un battage en fond de pieu.
  • L'épaisseur de paroi du pieu ou de la pile est beaucoup plus souvent déterminée par la valeur de l'effort de choc de battage à supporter que par la charge finale appliquée sur la pile, ce qui conduit à un surcroît de dépenses inutile.
  • Le système de battage en tête est toujours très bruyant et fait souvent proscrire son emploi dans les zones urbanisées.
  • Dans les battages de pieux de très grande longueur, par exemple pour des plates-formes pétrolières en mer, cette technique de battage ne permet pas un contrôle rigoureux de l'état du pieu ou de la pile dans sa partie basse, et lorsque ces contrôles ont été réalisés à posteriori, il a souvent été constaté des écrasements du tube.
  • La présente invention se propose de remédier aux inconvénients qui viennent d'être cités.
  • Pour cela, elle propose une technique de battage selon laquelle on applique l'énergie de battage à l'extrémité inférieure du tube, au moyen d'un marteau spécialement aménagé.
  • Selon l'invention, on munit le tube, en partie basse, d'un appui latéral interne, on applique contre cet appui une tête de fonçage dont la partie supérieure est mobile dans une cage solidaire d'un marteau hydraulique ou électro-magnétique et qui est équipée d'une pointe avant de pénétration du sol, qui est en saillie à l'extrémité inférieure du tube lorsque la tête est en appui et on commande le marteau pour transmettre l'énergie de battage à la tête par l'extrémité supérieure ou par l'extrémité inférieure de la cage, selon que l'on veut enfoncer le tube ou extraire la tête.
  • Le tube est muni en partie basse d'un appui de battage interne latéral et transversal, laissant dégagée la majeure partie au moins de la section droite du tube.
  • Dans des réalisations particulièrement avantageuses, l'invention présente encore une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
    • - on interpose entre la tête de fonçage et l'appui un moyen d'amortissement qui permet de transformer la courbe de transmission de l'énergie de battage,
    • - on interpose entre la tête de fonçage et l'appui un moyen d'accouplement qui permet de lever la tête par rapport à l'appui tout en conservant l'accouplement et qui permet aussi de désaccoupler la tête et l'appui, en sorte que l'on puisse, au choix, utiliser l'énergie de battage pour enfoncer à la fois la tête et le tube ou seulement la tête ou le tube.
  • Cette technique et ses avantages seront décrits ci-après, en référence aux figures du dessin joint, et la description et les figures feront apparaître d'autres aspects importants de l'invention.
  • Sur les figures :
    • - la fig. 1 est une coupe axiale verticale d'un tube équipé d'un dispositif conforme à l'invention pour enfoncer le tube dans le sol;
    • - la fig. 2 est une vue agrandie de l'extrémité inférieure du tube de la fig. 1;
    • - la fig. 3 est une coupe axiale de l'extrémité inférieure d'un tube munie d'une tête de fonçage selon une autre variante de réalisation de l'invention;
    • - la fig. 4 est une coupe axiale analogue à celle de la fig. 2, mais dans le cas où un amortisseur est interposé entre la tête de fonçage et l'appui de battage du tube;
    • - la fig. 5 est une coupe axiale analogue à celle de la fig. 2, mais dans le cas où un vérin découpleur est interposé entre la tête de fonçage et l'appui de battage du tube;
    • - la fig. 6 est une vue de détail agrandie du vérin découpleur de la fig. 5; et
    • - la fig. 7 est un schéma montrant différentes phases d'une opération de battage du tube.
  • La figure 1 montre essentiellement un tube 1 dans lequel on a introduit un marteau hydraulique 3 muni d'une tête de fonçage 2.
  • La tête de fonçage 2 est en appui sur un moyen d'appui constitué dans cet exemple par une collerette annulaire 4 formée à l'intérieur du tube 1 à proximité de l'extrémité inférieure la du tube. Cette collerette est venue de fabrication avec le tube, ou a été usinée dans le tube, ou a été rapportée sur le tube, auquel cas elle peut être dans un matériau différent de celui du tube.
  • Le tube 1 est, par exemple, en béton et la collerette 4 est fournie par un sabot annulaire 5 en acier rapporté sur le tube et qui constitue l'extrémité inférieure du tube.
  • La tête de fonçage 2 est équipée d'une pointe avant 6 de pénétration qui est en saillie à l'extrémité inférieure du tube lorsque la tête est en appui sur la collerette (fig. 2). La tête est en acier, en béton, ou en un autre matériau de façon en soi connue.
  • La pointe est, parexemple, une pointe conique en acier, éventuellement remplie d'un lest.
  • Le moyen pour constituer l'appui de battage interne du tube peut être plus complexe qu'une simple collerette.
  • La figure 3 montre à titre d'exemple un appui constitué par un couple de crémaillères verticales opposées 7,7' qui fournissent une pluralité d'appuis étagés pour des pièces radiales 8,8' fixées à l'obturateur 2 et qui engrènent avec les crémaillères dans le sens du battage.
  • Il est souvent avantageux d'interposer un amortisseur 9 continu ou discontinu, entre la tête de fonçage 2 et l'appui de battage, comme cela a été représenté par exemple sur les figures 4 à 7.
  • Cet amortisseur permet de ne transmettre au tube qu'une partie de l'énergie de battage appliquée à la tête et donc de dimensionner ce tube pour la charge finale à recevoir et non pour l'effort de choc de battage à supporter.
  • Dans la réalisation des figures 5 à 7, on a interposé de plus, entre l'appui de battage 4 et la tête de fonçage 2, un vérin annulaire constitué d'un piston annulaire 10 et d'une chambre 11 contenant un fluide hydraulique et que l'on peut mettre à l'échappement.
  • Les figures 7A, 7B, 7C, 7D illustrent le fonctionnement d'un tel dispositif.
  • Lorsque la chambre n'est pas mise à l'échappement, il y a désaccouplement entre la tête 2 et l'appui 4 et le battage de la tête fera seulement descendre la tête uniquement jusqu'à ce que le vérin soit à l'état de contraction maximale.
  • Lorsque le vérin est au point de contraction maximale (fig. 7A), l'admission d'huile dans la chambre 11 fera lever la tête jusqu'à ce que le vérin soit à l'état d'extension maximale (fig. 7B) et, si on ferme la chambre, le battage ultérieur de la tête provoquera la descente simultanée de la tête et du tube.
  • Si l'on a réglé la course du vérin pour qu'elle corresponde à la course de battage, la tête revient à la position qu'elle occupait avant d'être levée (fig. 7C) et tout se passe comme si, de la configuration de la figure 7A à celle de la figure 7C, la tête n'avait pas bougé et seul le tube était descendu. Si par contre, à partir de la configuration de la figure 7C où le vérin est à l'état d'extension maximale, on bat la tête tout en mettant à l'échappement la chambre du véérin, c'est la tête qui descend alors que le tube ne bouge pas (fig. 7D).
  • Le vérin annulaire (10,11) permet donc d'utiliser l'énergie de battage pour battre seulement la tête, ou seulement le tube, ou à la fois le tube et la tête.
  • De préférence, on utilise pour battre la tête un marteau hydraulique 3 alimenté par un ombilical 12.
  • Ces marteaux, connus en soi (cf. par exemple les publications EP-A-0206384 et EP-A-0095801), comportent une masse frappante qui se déplace dans une chambre, dans un sens sous l'action d'un fluide hydraulique et, dans l'autre sens, sous l'action de la gravité conjuguée de préférence avec l'effet d'un fluide hydraulique.
  • Le marteau représenté sur les figures comporte une cage (13) solidaire du marteau et dans laquelle peut se déplacer la partie supérieure 2a de la tête de fonçage 2 prisonnière de la cage, entre une extrémité supérieure (13a) et un épaulement inférieur (13b) de la cage.
  • Une telle structure permet d'utiliser l'énergie du marteau soit pour enfoncer la tête et le tube, soit au contraire, pour extraire la tête du tube, si l'on inverse la direction des coups.
  • Dans le premier cas, c'est l'extrémité supérieure (13a) de la cage qui transmet l'énergie de battage à la tête dans le sens de l'enfoncement.
  • Dans le second cas, c'est l'extrémité inférieure (13b) de la cage qui transmet l'énergie de battage à la tête dans le sens de l'arrachement.
  • L'invention n'est pas limitée aux moyens de réalisation qui ont été décrits.
  • Les marteaux hydrauliques ou électro-magnétiques permettent de réaliser des pieux courbes si la courbure du pieu est compatible avec la longueur du marteau et ne s'oppose pas à la mise en place et à l'extraction du marteau.
  • L'invention n'est pas limitée à ces exemples de réalisation.
  • Le tube 1 pourra être utilisé tel que, s'il présente une épaisseur de paroi et une résistance suffisante, pour une fondation, où il pourra être rempli d'un matériau durcissable tel que du béton, de façon connue en soi.
  • Ce tube est réalisé en tous matériaux appropriés, et on utilise de préférence des tubes en acier ou en béton. Les extrémités des tubes sont droites ou biseautées.

Claims (12)

1. Procédé pour enfoncer par battage dans le sol un tube muni d'un appui latéral interne (4) en partie basse caractérisé en ce qu'on applique contre cet appui une tête de fonçage (2) dont la partie supérieure (2a) est mobile dans une cage (13) solidaire d'un marteau hydraulique (3) ou électro-magnétique, cette tête étant équipée d'une pointe avant (6) de pénétration du sol qui est en saillie à l'extrémité inférieure du tube lorsque la tête est en appui, et on commande le marteau pour transmettre l'énergie de battage à la tête par l'extrémité supérieure ou par l'extrémité inférieure de la cage selon que l'on veut enfoncer le tube ou extraire la tête.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on transmet au tube l'énergie de battage de la tête par l'intermédiaire d'un amortisseur (9) interposé entre la tête de fonçage (2) et l'appui de battage (4) pour transformer la courbe de transmission de l'énergie de battage et pour ne transmettre au tube qu'une partie de l'énergie de battage appliquée à la tête.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on interpose entre la tête de fonçage (2) et ledit appui (4) un moyen d'accouplement (10,11) qui permet de lever la tête par rapport à l'appui tout en conservant l'accouplement et qui permet aussi de désaccoupler la tête et l'appui.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on utilise un vérin annulaire (10,11) comme moyen d'accouplement.
5. Procédé selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'il comprend des phases durant lesquelles on relève la tête (2) vers le haut sans bouger le tube (1) et on bat ensuite la tête pour enfoncer le tube, la tête revenant à la position qu'elle occupait avant d'être relevée.
6. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend des phases durant lesquelles on désaccouple la tête (2) et l'appui (4) et on bat la tête pour provoquer un enfoncement de la tête sans enfoncer le tube.
7. Dispositif pour mettre en oeuvre un procédé selon l'une des revendications 1 à 6 qui comprend un marteau et des moyens pour constituer dans le tube (1), en partie basse, un appui de battage (4) interne latéral et transversal, laissant dégagée la majeure partie au moins de la section droite du tube caractérisé en ce que le marteau est un marteau hydraulique ou électro-magnétique (3) apte à être introduit dans le tube et muni d'une tête de fonçage (2) dont la partie supérieure (2a) est mobile entre l'extrémité supérieure (13a) et l'extrémité inférieure (13b) d'une cage (13) solidaire du marteau 3, ladite tête étant équipée d'une pointe avant de pénétration (6) qui est en saillie à l'extrémité inférieure du tube lorsque la tête est en appui, ladite tête reposant sur cet appui latéral (4) tout en obturant sensiblement l'extrémité inférieure du tube et ledit marteau pouvant transmettre l'énergie de battage à la tête, soit par l'extrémité supérieure (13a) soit par l'extrémité inférieure (13b) de la cage (13).
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit appui de battage (4) est constitué par une pièce (5) rapportée à l'extrémité basse du tube.
9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit appui de battage est constitué par des crémaillères (7,7') qui fournissent une pluralité d'appuis étagés.
10. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte un amortisseur (9) entre l'appui de battage (4,7,7') et la tête de fonçage (2).
11. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'accouplement (10,11) pour réaliser un accouplement sélectif entre la tête et le tube.
12. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdits moyens d'accouplement sont constitués par un vérin annulaire (10,11) interposé entre la tête et l'appui de battage.
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