FR2492835A1 - Bentonite mud used in making excavations is deflocculated - chemically after use to improve backfilling by sand - Google Patents

Abstract

To assist the backfilling with sand of an excavation made with the aid of a bentonite mud as support fluid, this mud is chemically deflocculated just before or during the backfilling. The deflocculation is pref. by addn. of sodium bicarbonate to ppte. the calcium ion previously added as quicklime to rigidify the mud. The mud is pref. more dil. than usual, having less than 40 (pref. 31-33) kg/cu.m of bentonite and an initial viscosity below 38 sec. Marsh; but it is then rigidified by quicklime, without passing the first rigidity peak. 500-1500 g/cu.m of quicklime is needed. Used in burying or embedding prefabricated piles or walls, tie-beams, sewers, pipes and caissons. The obstruction of the free flow of sand by the normally viscous bentonite mud is overcome. Filling is therefore more complete.

Description

La présente Invention concerne le remblaiement à l'aide de sable d'escavations exécutées soue boue bentonitique,
Une façon connue d'exécuter une excavation dans le sol sous le niveau de la nappe phréatique est d'utiliser un fluide de sou tènement à base de boue bentonitique.Cette dernière mise en sur~ pression hydrostatique par rapport à la nappe phréatique grâce à une différence de niveau ou de densité tend à venir colmater les interstices du terrain et J dépose un film plus ou moins étanche, le "cake".La différence de pression maintient alors le terrain. et l'empêche de s'ébouler.Malheureusement cette boue est volontaire~ ment relativement visqueuse et ci on désire ensuite colmater cavation avec du sable celui-ci est freiné dans sa mise en place et reste même en suspension.de plus des poches de boue se forment.The present invention relates to backfilling with sand from excavations carried out under bentonite mud,
A known way of carrying out an excavation in the ground below the level of the water table is to use a support fluid based on bentonite mud. difference in level or density tends to seal the interstices of the ground and J deposits a more or less waterproof film, the "cake". The difference in pressure then maintains the ground. and prevents it from collapsing. Unfortunately this mud is voluntary ~ relatively viscous and ci we then want to seal cavation with sand it is slowed down in its implementation and remains even in suspension.de more pockets of mud are formed.

L'invention a pour but de décrire un procédé chimique pour détruire au moment opportun l'effet de mise en suspension de la boue et son effet colmatant. The object of the invention is to describe a chemical process for destroying the slurry suspension effect and its clogging effect at the appropriate time.

La véritable bentonite est constituée de feuillets en silico~ aluminates de diamètre environ quelques microns. Ces feuillets mont indépendants et se repoussent les uns les autres par répulsion électrostatique.Lorqu'ils sont emmenés dans un courant d'eau et rencontrent un interstice plus fin ils s'applatissent dessus b la façon d'un tapis de feuilles mortes.Malheureusement les parois de excavations ont souvent des ouvertures de diamètre beaucoup plus grand,le tapis ne se forme plus et les feuillets passent à travers. Real bentonite is made of silico ~ aluminate sheets with a diameter of around a few microns. These sheets mount independently and repel each other by electrostatic repulsion. When they are taken in a stream of water and meet a finer gap they flatten on it like a carpet of dead leaves. excavation walls often have much larger diameter openings, the carpet no longer forms and the sheets pass through.

De plus ces bentonites eont purement visqueuses et tout corps inerte comme le sable descend progressivement vere le fond mais d'autant plus lentement que les feuillets sont nombreux c'est-à~ dire que la bentonite est plus concentrée ou encore plus visqueuse.In addition, these bentonites are purely viscous and any inert body as the sand gradually descends to the bottom but all the more slowly as the sheets are numerous, that is to say that the bentonite is more concentrated or even more viscous.

Si la bentonite n'est pas suffisemment concentrés elle-même se met à décanter et laisse en surface de l'eau libre.If the bentonite is not sufficiently concentrated, it begins to decant and leaves free water on the surface.

Il convient de rappeler içi que la viscosité des boues bento~ nitiques se mesure conventionnellement en secondes de temps de sage au cone MARSH,que l'eau pure passe en 27 secondes et une ben~ tonite de forage en plus de 40 secondes. It should be recalled here that the viscosity of bento ~ nitic sludge is conventionally measured in seconds of sage time at the MARSH cone, that pure water passes in 27 seconds and a ben ~ tonite of drilling in more than 40 seconds.

Pour pallier aux difficultés précédentes de décantation rapide~ à moins de fortes doses,et aux entraînements dans les ouvertures supérieures à 10 microns,lee bentonites habituellement utilisées ne eont pas purement visqueuses mais possèdent artificiellement ou naturellement une légère rigidité.  To overcome the previous difficulties of rapid settling ~ at lower doses, and training in openings greater than 10 microns, lee bentonites usually used are not purely viscous but have a slight stiffness artificially or naturally.

Concrètement,cette rigidité est due à un accrochage des feuil lete les uns aux autres ce qui rigidifie la structure.Les feuillets n'étant plus individualisés ne peuvent plus d'une part passer dans les mimes intersticee et arrivent même a empêcher d'autre part la décantation de petits grains de sable.Cet effet d'accrochage môca nique est réalisé par l'intermédiaire de collo#des organiques du type floculants ou par des cations bivalents du type calcium, ce dernier existant déjà dans les bentonites naturelles.L'excès de ces produits peut-ttre nocif car ils diminuent la vitesse d'hvdra tation,peuvent même la bloquer complètement.De plus leur eifet passe par un maximum suivi d'un minimum en fonotion du dosage. Concretely, this rigidity is due to an attachment of the lete sheets to each other which stiffens the structure. The sheets are no longer individualized can no longer pass on the one hand in the interstice mimes and even manage to prevent on the other hand the settling of small grains of sand.This mechanical bonding effect is achieved via collo # of organic flocculants or by bivalent cations of calcium type, the latter already existing in natural bentonites. of these products can be harmful because they decrease the speed of hvdra tation, can even block it completely. In addition their eifet passes through a maximum followed by a minimum in function of the dosage.

Si l'utilisation précédente eet la plus courante en Travaux
Publics il arrive parfois qu'on cherche à injecter la boue bentoni tique dans le terrain pour le rendre étanche dans la masse. bon tonite commereiale de forage précédente ne convient plus à cause de sa rigidité il faut la défloculer ou encore la peptiser ou encore la dérigidifier ou encore la iluiditierttout cola pour dire qu'il faut rétablir l'individualité des feuillets c'est-à-dire les décol~ ler.Le meilleur moyen est de détruire la colle en utilisant des corps très avides des floculants précédents et en particulier tous les peptisants du type carbonates,oxalates,phosphates qui forment avec la chaux des insolubles.L'effet est encore accru par une modi~ fication de ph à l'aide d'ions monovalente qui tendent à annuler l'action répulsive électrostatique des feuillets sans les coller.If the previous use is the most common in Works
Public it sometimes happens that we try to inject bentoniic mud in the ground to make it waterproof in the mass. good tone commereiale previous drilling is no longer suitable because of its rigidity it must be deflocculated or peptized or even derigidify or iluiditierttout cola to say that it is necessary to restore the individuality of the sheets that is to say The best way is to destroy the glue by using bodies very eager for the previous flocculants and in particular all the peptizers of the carbonates, oxalates, phosphates type which form insoluble in lime. The effect is further increased by modi ~ fication of ph using monovalent ions which tend to cancel the electrostatic repulsive action of the sheets without sticking them.

Le bicarbonate de soude est par exemple excellent de ce double point de vue,il précipite la chaux et abaisse le ph.De plus il est peu coûteux et très soluble.Dans une telle bentonite les grains de sable ne peuvent rester en suspension et s'amalgamer.De plus si des poches de bentonite se formaient dans un coin elles réussiraient à passer à travers le sable puisqu'elles peuvent l'injecter à condition bien str,par suite du manque de pression que la boue soit très diluée.Baking soda is for example excellent from this double point of view, it precipitates lime and lowers the pH. In addition, it is inexpensive and very soluble. In such a bentonite the grains of sand cannot remain in suspension and In addition, if pockets of bentonite were formed in a corner, they would succeed in passing through the sand since they can inject it on condition very str, due to the lack of pressure that the mud is very diluted.

On comprend dès lors le processus de l'invention, il faut pour la perforation utiliser une boue légèrement rigide qui perde sa ri gidité au moment du remblaiement par le sable. Il suffit d'ajouter le produit défloculant dans la boue ou dans le sable juste avant le remblaiement.L'effet défloculant est encore plus marqué Si on part d'une boue sous dosée par rapport aux normes habituelles et qu'on la rigidifie artificiellement sur chantier sans dépasser le pic de rigidité.Au moment du remblaiement si on utilise un léger excès de défloculant ou peptisant,non seulement la boue redeviendra quasi~ ment inconsistante msis les colloRdes argileux éventuellement pré sents dans le sable subiront le même sort. We therefore understand the process of the invention, it is necessary for the perforation to use a slightly rigid mud which loses its stiffness at the time of backfilling with sand. It is enough to add the deflocculating product in the mud or in the sand just before backfilling. The deflocculating effect is even more marked If we start from a slurry under dosed compared to the usual standards and that we artificially stiffen it on site without exceeding the peak of rigidity. At the time of backfilling if a slight excess of deflocculant or peptizer is used, not only will the mud become almost ~ inconsistent again as the clay colloids possibly present in the sand will suffer the same fate.

Ce procédé de transformation physique et chimique de la boue de perforation peut avoir de nombreuses applications dans les tra vaux de fondations ou il s'agit souvent de faire un trou sans qu'il s'éboule ,de loger quelque chose au fond et enfin de le reboucher. This process of physical and chemical transformation of the perforation mud can have many applications in the works of foundations where it is often a question of making a hole without it collapsing, of housing something at the bottom and finally of fill it up.

Ceci concerne par exemple la mise en place de pieux ou de -,a rois préfabriquéesfde tirants,d'égoûts,de canalisations diverses, de caissons etc. This concerns for example the installation of piles or -, a prefabricated kings of tie rods, sewers, various pipes, caissons etc.

A titre indicatif nous allons décrire comment sceller un pieu préfabriqué de longueur IO mètres et de diamètre 50 centimètres.  As an indication we will describe how to seal a prefabricated pile of length 10 meters and diameter 50 centimeters.

On hydrate soigneusement une bentonite commerciale courante à raison de 32 kilogrammes par mètre cube d'eau.Qn y ajoute environ 500 grammes à I kilogramme de chaux vive au mètre cube.Le forage est exécuté en diamètre 70 centimètres à l'aide de cette boue ri gide.Le forage est conduit jusqu'à 10,20 mètres.De par la forte rigidité il n'y a pas formation au fond de l'habituel matelas argileux.Le pieu préfabriqué est descendu au fond.On le contre à l'aide de trois tubes métalliques répartis A à 120 degrés dans l'espace annulaire de IO centimètres.Le volume annulaire est de 2 mètres cubes.On saupoudre sur cet espace annulaire 5 kilog de bicarbonate de soude qui de par sa densité tombe progressivement au fond en se dissolvant et en fluidifiant la boue.Les 2 mètres cubes de sable tout-venant sont ensuite versés dans l'espace annulaire.Les centreurs sont extraits puis à l'aide de la grue on imprime de petits mouvements verticatz au pieu pour faciliter la compaction du sable sous le pieu. Enfin on peut parfaire le compactage général par un petit vibreur.Ie sable étant auto-ser~ rant l'adhérence latérale entre le terrain et le béton du pieu sera bien meilleur que si le pieu avait été scellé au ciment.A common commercial bentonite is carefully hydrated at the rate of 32 kilograms per cubic meter of water, which is added approximately 500 grams to I kilogram of quicklime per cubic meter. Drilling is carried out in diameter 70 centimeters using this mud ri gide.The drilling is conducted up to 10.20 meters. Due to the high rigidity there is no formation at the bottom of the usual clay mattress. The prefabricated pile is lowered to the bottom. using three metal tubes distributed A at 120 degrees in the annular space of IO centimeters. The annular volume is 2 cubic meters. We sprinkle on this annular space 5 kilog of baking soda which by its density gradually falls to the bottom in dissolving and thinning the mud. The 2 cubic meters of all-purpose sand are then poured into the annular space. The centralizers are extracted then using the crane we print small vertical movements on the pile to facilitate compaction sand under the stake. Finally we can perfect the general compaction by a small vibreur.Ie sand being auto-ser ~ rant the lateral adhesion between the ground and the concrete of the pile will be much better than if the pile had been sealed with cement.

Un dernier raifinement consisterait à avoir un petit tube allant jusqu'au fond et à prévoir une petite injection de serrage finale qui sera d'autant plus efficace et économique que le sable de par ses capacités filtrantes produira un essorage du coulis et évitera son cheminement au loin. A final stiffening would consist in having a small tube going to the bottom and in providing for a small final clamping injection which will be all the more effective and economical as the sand due to its filtering capacities will produce a drainage of the grout and will prevent its passage to the far.

Claims (6)

REVENDICATIONS I.ProcOdé pour permettre le remblaiement correct à l'aide de sable tout-venant d'une excavation exécutée sous boue bentoni tique, caractérisé par le fait que Juste avant ou pendant le rem blaiement on fait subir à la boue un traitement chimique à base de défloculants de façon à annuler complètement sa rigidité. I. Process to allow correct backfilling with the aid of sand coming from an excavation carried out under bentoniic mud, characterized in that Just before or during the backfilling, the mud is subjected to a chemical treatment based on deflocculants so as to completely cancel its rigidity. 2.Procédé selon la revendication I,caractérise par le fait que le défloculant est mélangé sous forme solide ou dissoute au sable tout venant avant le remblaiement. 2. Method according to claim I, characterized in that the deflocculant is mixed in solid form or dissolved in the sand while coming before backfilling. 3.Procédé selon la revendication I,caractérisé par le fait que la boue primaire utilisée pour la perforation est sous-dosée en bentonite par rapport aux normes habituelles d'utilisation qui prévoient des dosages d'au moine 40 kilogrammes de boue au mètre cube et des viscosités d'au moins 38 secondes MARSH,puis qu'après hydratation cette boue est rigidifiée à l'aide de chaux de telle façon qu'on ne dépasse pas le premier pic maximum de rigidité. 3. Method according to claim I, characterized in that the primary mud used for the perforation is under-dosed with bentonite compared to the usual standards of use which provide for dosages of at least 40 kilograms of mud per cubic meter and viscosities of at least 38 seconds MARSH, then that after hydration this mud is stiffened with lime so that it does not exceed the first maximum peak of rigidity. 4.Procédé selon les revendications précédentes, caractérisé par le fait que le défloculant final utilisé est un sel minéral d'alcali dont l'anion possède avec le cation calcium un produit de solubilité inférieur à I016  4. Process according to the preceding claims, characterized in that the final deflocculant used is an inorganic alkali salt, the anion of which, with the calcium cation, has a solubility product of less than I016 5.procédé selon les revendications précédentes, caractérisé par le dosage préférentiel de 31à 33kilogrammes de bentonite au mètre cube d'eau,rigidiiiée pour la perforation par 500 grammes à 1500 grammes de Chaux Vive,défloculée pour le remblaiement par 5. Process according to the preceding claims, characterized by the preferential dosage of 31 to 33 kilograms of bentonite per cubic meter of water, stiffened for perforation by 500 grams to 1500 grams of Quick Lime, deflocculated for backfilling by I000 à 3000 grammes de bicarbonate de soude.1000 to 3000 grams of baking soda. 6.Application des revendications précédentes au. creusement des excavations nécessitant un remblaiement ultérieur et en particulier à l'enfouissement ou au seellement d'éléments préfa briqués.  6.Application of the preceding claims to. digging excavations requiring subsequent backfilling and in particular the burial or seeding of prefabricated elements.