FR2689534A1 - Method of producing underground waterproofing screens, screens thus produced, and jet device for implementing this method. - Google Patents
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Abstract
Description
La réalisation d'écrans d'étanchéité d'extension voisine de l'horizontaleThe realization of extension sealing screens close to the horizontal
dans la masse d'un terrain perméable peut être obtenue par deux grands types de techniques, les techniques d'injection et les techniques de jet rotatif. L'objectif dans les deux cas est le même Il s'agit de remplir le plus parfaitement possible les vides existant entre les grains constitutifs du terrain considéré de façon à en diminuer la porosité et, par suite, assurer l'étanchéité Ceci est obtenu par l'introduction dans le terrain d'un matériau exogène In the mass of a permeable terrain can be obtained by two main types of techniques, injection techniques and rotary jet techniques. The objective in both cases is the same It is to fill as perfectly as possible the voids existing between the grains constituting the ground considered so as to reduce the porosity and, consequently, to ensure the sealing This is obtained by the introduction into the field of an exogenous material
donnant lieu à un phénomène de prise. giving rise to a phenomenon of setting.
Dans le cas de la technique d'injection, le matériau d'étanchement est introduit sous pression dans le terrain considéré, sous forme liquide appelée coulis (suspension ou liquide vrai) à partir de forages, de façon à pénétrer la porosité existante du terrain jusqu'à imprégner ce dernier de la façon la plus complète possible Dans cette technique, la structure existante du terrain est In the case of the injection technique, the sealing material is introduced under pressure into the ground, in liquid form called grout (suspension or true liquid) from wells, so as to penetrate the existing porosity of the ground up to 'to impregnate the latter in the most complete way possible In this technique, the existing structure of the ground is
pratiquement conservée.practically preserved.
Dans le cas de la technique de jet, le matériau exogène ou coulis est introduit dans le terrain considéré également à partir de forages mais sous la forme d'un jet orienté horizontalement à grande vitesse qui, sur sa trajectoire, déstructure le terrain en place, et, selon la nature dudit terrain, soit se mélange avec les éléments constitutifs de ce dernier et conduit, après prise, à la formation d'un mortier ou béton de sol (cas, par exemple, des terrains graveleux ou sableux), soit remplace purement et simplement le terrain et conduit, après prise, à la formation d'un coulis durci (cas, par exemple, des terrains argileux) Le jet, en fonction du débit, de la pression motrice et des caractéristiques du terrain, a un certain rayon d'action Si l'outil assurant la formation du jet est mis en rotation-translation lente à l'intérieur du forage, on obtient un volume plus ou moins cylindrique de terrain traité ayant pour rayon le rayon d'action du jet dans les conditions considérées, et une hauteur In the case of the jet technique, the exogenous material or grout is introduced into the ground also from boreholes but in the form of a horizontally oriented jet at high speed which, in its path, destructure the ground in place, and, depending on the nature of said ground, is mixed with the constituent elements of the latter and leads, after setting, to the formation of a mortar or soil concrete (for example, gravelly or sandy soil), or replaces the ground and leads, after setting, to the formation of a hardened grout (case, for example, clay soil) The jet, depending on the flow, the driving pressure and terrain characteristics, has a certain radius of action If the tool ensuring the formation of the jet is rotated slowly in translation within the borehole, a more or less cylindrical volume of treated ground is obtained having for radius the radius of action of the jet in the terms considered, and a height
correspondant à l'amplitude du mouvement de translation. corresponding to the amplitude of the translational movement.
On comprend aisément qu'1 il est ainsi possible de réaliser, par cette technique de jet, des écrans d'étanchéité d'extension voisine de l'horizontale par la juxtaposition d'une pluralité d'éléments cylindriques (ou colonnes) de terrain ainsi traité sur une certaine hauteur, réalisés à partir d'un maillage de forages parallèles sensiblement verticaux de densité telle que les éléments ou colonnes se recoupent de façon à constituer un It will be readily understood that it is thus possible to produce, by this jet technique, expansion sealing screens close to the horizontal by the juxtaposition of a plurality of cylindrical elements (or columns) of ground as well. treated on a certain height, made from a mesh of substantially vertical parallel drilling of density such that the elements or columns intersect so as to form a
massif continu.massive continuous.
Cette continuité, impérative puisque l'on vise à réaliser un ouvrage étanche, exige une parfaite maîtrise de tous les paramètres de construction et, en particulier, du rayon d'action du jet, de la précision d'implantation des forages et de leur précision spatiale d' exécution (cote du traitement, impacts des forages au niveau du traitement). Cette maîtrise est difficile à assurer, d'une part, en raison de la variabilité du rayon d'action du jet en fonction des terrains rencontrés, mais surtout, d'autre part, en raison de l'imprécision inhérente à la réalisation des forages de traitement, imprécision d'autant plus importante que la profondeur de l 'écran est This continuity, imperative since it aims to achieve a waterproof structure, requires a perfect mastery of all the parameters of construction and, in particular, the radius of action of the jet, the precision of drilling implantation and their accuracy spatial performance (treatment rating, drilling impacts at the treatment level). This control is difficult to ensure, on the one hand, because of the variability of the radius of action of the jet depending on the terrain encountered, but most importantly, on the other hand, because of the inaccuracy inherent in the drilling. of processing, inaccuracy all the more important that the depth of the screen is
plus grande.bigger.
Tout cela conduit à prévoir une densité de points de traitement et une hauteur de traitement (au moins de l'ordre du mètre) beaucoup plus grandes qu'il ne serait All this leads to predicting a density of treatment points and a processing height (at least of the order of one meter) much larger than it would be
théoriquement nécessaire.theoretically necessary.
L'invention vise à fournir notamment un procédé de réalisation, par une technique du jet rotatif, d'écrans d'étanchéité souterrains d'extension générale voisine de l'horizontale qui permet de s'affranchir des difficultés évoquées plus haut et de leurs répercussions sur la The invention aims to provide in particular a method of producing, by a rotary jet technique, underground waterproofing screens of general extension close to the horizontal which makes it possible to overcome the difficulties mentioned above and their repercussions. on the
conception, la sécurité et le coût de l'opération. design, safety and cost of the operation.
Plus précisément, l'invention concerne un procédé de réalisation d'un écran d'étanchéité souterrain s'étendant en direction générale horizontale, par formation, par la technique du jet rotatif, d'une pluralité d'éléments unitaires solides se recoupant, constitués d'un mortier ou béton de sol ou d'un coulis durci, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre pour la formation desdits éléments, au moins un jet formant avec l'horizontale un angle a compris More specifically, the invention relates to a method for producing an underground waterproofing screen extending in the general horizontal direction, by forming, by the rotary jet technique, a plurality of solid, overlapping unit elements formed of a mortar or concrete soil or a hardened grout, characterized in that it implements for the formation of said elements, at least one jet forming with the horizontal an angle included
entre 5 et 600 inclusivement.between 5 and 600 inclusive.
L'invention concerne également un écran d'étanchéité souterrain, s'étendant en direction générale horizontale, comprenant au moins une strate constituée d'une pluralité d'éléments unitaires solides se recoupant, formés d'un mortier ou béton de sol ou d'un coulis durci, caractérisé en ce que lesdits éléments unitaires ont la forme d'un cône à axe sensiblement vertical et dont l'angle au sommet 6 est compris entre 60 et 1700 inclusivement, de The invention also relates to an underground waterproofing screen, extending in the general horizontal direction, comprising at least one layer consisting of a plurality of solid unitary elements intersecting, formed of a mortar or concrete soil or a hardened grout, characterized in that said unitary elements have the shape of a cone with a substantially vertical axis and whose angle at the apex 6 is between 60 and 1700 inclusive, of
préférence entre 100 et 1600.preferably between 100 and 1600.
L'invention concerne encore un dispositif à jet comprenant un train de tubes alimenté en coulis sous pression élevée, ledit train de tubes étant destiné à être introduit dans un forage et comportant à sa partie inférieure au moins une buse d'éjection, caractérisé en ce que ladite buse forme avec le train de tubes un angle P compris entre 30 et 850 inclusivement, de préférence entre The invention also relates to a jet device comprising a tube train fed with grout under high pressure, said tube train being intended to be introduced into a borehole and having at its bottom part at least one ejection nozzle, characterized in that said nozzle forms with the tube train an angle P between 30 and 850 inclusive, preferably between
et 80 inclusivement.and 80 inclusive.
L'emploi d'au moins un jet incliné par rapport à l'horizontale conduit à la formation d'un élément unitaire de forme conique, ressemblant à un chapeau chinois Selon les conditions opératoires et le terrain rencontrés, chaque cône élémentaire peut avoir, à sa base, un diamètre The use of at least one jet inclined relative to the horizontal leads to the formation of a unitary element of conical shape, resembling a Chinese hat According to the operating conditions and the terrain encountered, each elementary cone may have, at its base, a diameter
de 0,5 m à plusieurs mètres.from 0.5 m to several meters.
Du fait de la conicité des éléments unitaires, un élément unitaire se recoupera avec les éléments unitaires adjacents même s'il se produit un certain décalage de niveau au cours de l'exécution de ces éléments En d'autres termes, le procédé de l'invention permet une plus Due to the taper of the unit elements, a unitary element will overlap with the adjacent unitary elements even if a certain level shift occurs during the execution of these elements. In other words, the process of the invention allows a more
grande tolérance dans la précision des forages à exécuter. high tolerance in the accuracy of the drilling to be performed.
En outre, du fait qu'il assure une plus grande garantie de continuité, le procédé de l'invention permet de réduire considérablement l'épaisseur de l'écran d'étanchéité Alors que la technique antérieure exigeait de réaliser des éléments unitaires d'une épaisseur de 1 mètre ou plus pour garantir la continuité et donc l'étanchéité de l'écran, le présent procédé permet de se contenter d'une épaisseur de l'ordre de 5 à 100 cm, de préférence de 5 à 40 cm, pour les cônes élémentaires, d'o des économies de temps, de matériau et de coût qui peuvent In addition, because it provides a greater guarantee of continuity, the method of the invention makes it possible to considerably reduce the thickness of the sealing screen. Whereas the prior art required the production of unitary elements of a thickness of 1 meter or more to guarantee the continuity and thus the tightness of the screen, the present method makes it possible to be content with a thickness of the order of 5 to 100 cm, preferably of 5 to 40 cm, for elementary cones, hence saving time, material and cost that can
être importantes.to be important.
Les jets utilisés pour la mise en oeuvre du procédé The jets used for the implementation of the process
de l'invention peuvent être de tous types connus, c'est-à- of the invention can be of any known type, that is to say
dire être constitués d'un simple jet de coulis, ou d'un jet de coulis entouré d'un jet d'air annulaire pour en accroître le rayon d'action, ou d'une association d'un jet d'eau entouré d'un jet d'air annulaire assurant la déstructuration du terrain et d'un jet de coulis distinct, habituellement prévu à un niveau inférieur à celui du jet to be made up of a simple jet of grout, or a jet of grout surrounded by an annular air jet to increase the radius of action, or a combination of a jet of water surrounded by an annular air jet ensuring the destructuring of the ground and a separate grouting jet, usually provided at a level lower than that of the jet
d'eau.of water.
A titre indicatif, on peut utiliser un dispositif à jet comprenant une centrale de production d'un coulis de ciment alimentant en coulis une ou plusieurs pompes reliées, par l'intermédiaire d'un joint tournant, à un train de tubes introduit dans le forage vertical o doit se faire le traitement par jet Le train de tubes peut être entraîné en translation et rotation grâce à une tête rotative hydraulique enserrant l'extrémité supérieure du train de tubes, qui est elle-même montée sur une glissière de forage La ou les pompes délivrent le fluide déstructurant (coulis ou eau) à des pressions de l'ordre As an indication, it is possible to use a jet device comprising a cement slurry production plant supplying one or more connected pumps, via a rotary joint, to a string of tubes introduced into the borehole. vertical o must be sprayed The tube train can be driven in translation and rotation by means of a hydraulic rotary head enclosing the upper end of the tube train, which is itself mounted on a drill pipe. pumps deliver the destructuring fluid (grout or water) at pressures of the order
de 200 à 700 bars ou plus.from 200 to 700 bars or more.
Le train de tubes est formé de tronçons tubulaires unitaires raccordables munis de joints d'étanchéité appropriés et chaque tronçon peut être formé d'un simple tube (jet simple) ou de plusieurs tubes coaxiaux (jet double ou triple) Les liquides (coulis, eau) sont éjectés The tube train is formed of connectable unitary tubular sections with appropriate seals and each section can be formed of a single tube (single jet) or several coaxial tubes (double or triple jet) Liquids (grout, water ) are ejected
par une ou des buse(s) d'un diamètre de 2 à 4 mm environ. by one or more nozzle (s) with a diameter of 2 to 4 mm approximately.
Les tronçons de train de tubes peuvent avoir un diamètre Tube train sections may have a diameter
de 50 à 200 mm environ.from 50 to 200 mm approximately.
On peut avoir recours à un dispositif produisant un seul jet, ou deux ou plusieurs jets Dans le cas d'un jet unique, on peut réaliser un élément unitaire conique simplement en faisant tourner le train de tubes introduit dans le forage préalablement pratiqué tout en le maintenant à une cote donnée On peut aussi réaliser un premier élément unitaire conique comme décrit ci-dessus, puis en réaliser un ou plusieurs autres, superposés au précédent, simplement en remontant le train de tubes dans le forage et en recommençant l'opération de formation du cône unitaire à la nouvelle cote atteinte Les cotes choisies peuvent être telles que les cônes successifs produits soient distincts les uns des autres ou bien fusionnés pour former un cône plus épais Dans le cas de l'emploi d'un dispositif d'éjection à deux jets, ceux-ci peuvent opérer à un même niveau ( 2 jets à 1800 par exemple) ou à des niveaux distincts Ces jets peuvent être tous deux orientés vers le haut ou vers le bas, ou bien l'un (le jet inférieur en général) peut être orienté vers le bas et l'autre (le jet supérieur en général) peut être orienté vers le haut On peut aussi utiliser un dispositif générant simultanément plusieurs jets, par exemple 3 ou 4, comme cela sera évident pour l'homme du métier Plutôt que de maintenir le ou les jets à une cote fixe pendant l'opération on peut aussi animer l'outil d'un mouvement vertical sur un certain intervalle de cotes, de façon à It is possible to use a device producing a single jet, or two or more jets In the case of a single jet, a conical unitary element can be produced simply by rotating the tube train introduced into the previously practiced borehole while now to a given dimension It is also possible to make a first conical unit element as described above, then to make one or more others, superimposed on the previous, simply by raising the tube train in the borehole and starting again the training operation The chosen dimensions may be such that the successive cones produced are distinct from one another or fused together to form a thicker cone. In the case of the use of a two-part ejection device, jets, they can operate at the same level (2 streams to 1800 for example) or at different levels These jets can both be oriented upwards o u downwards, or one (the lower jet in general) can be directed downwards and the other (the upper jet in general) can be directed upwards It is also possible to use a device that simultaneously generates several jets for example 3 or 4, as will be obvious to those skilled in the art Rather than keeping the jet or jets at a fixed dimension during the operation can also animate the tool of a vertical movement over a certain interval of ratings, so
"épaissir" l'élément unitaire conique. "thicken" the conical unit element.
Selon le dispositif utilisé et, par conséquent, la configuration de jet produite, on peut donc obtenir un écran d'étanchéité simple, constitué d'une strate unique formée d'une pluralité de cônes s'intersectant ou un écran d'étanchéité multiple formé de deux ou plusieurs strates superposées formées chacune d'une pluralité de cônes s'intersectant Les strates peuvent être formées de cônes orientés dans la même direction, c'est-à-dire vers le haut ou vers le bas, ou de cônes orientés dans des directions opposées (une strate inférieure étant formée par exemple de cônes orientés vers le haut et une autre strate supérieure étant formée de cônes orientés vers le bas Les strates peuvent être espacées l'une de l'autre, tangentes à l'endroit des sommets des cônes, ou encore Depending on the device used and, therefore, the jet pattern produced, it is possible to obtain a simple sealing screen consisting of a single layer formed of a plurality of intersecting cones or a multiple formed sealing screen. two or more superimposed strata each formed of a plurality of intersecting cones The strata may be formed of cones oriented in the same direction, i.e. upwards or downwards, or cones oriented in opposite directions (a lower stratum being formed for example of cones facing upwards and another upper stratum being formed of cones facing downwards The strata may be spaced from each other, tangent to the location of the vertices cones, or
s'intersecter mutuellement, comme désiré. intersect each other, as desired.
L'angle p que forme chaque jet avec la verticale, que ce jet soit orienté vers le bas ou vers le haut, doit être d'au plus 850 car, au- dessus de cette valeur, on obtient des cônes élémentaires trop aplatis dont il ne serait pas possible de garantir l'intersection avec les cônes adjacents Il n'est pas souhaitable non plus que l'angle P soit inférieur à 300 environ car au-dessous de cette valeur on obtient des cônes élémentaires trop pointus, de faible diamètre à la base, ce qui obligerait à accroître considérablement la densité des forages à réaliser pour la mise en oeuvre de la technique du jet et serait donc anti-économique On préfère un angle p compris entre 50 et 800 environ, ce qui correspond à un élément unitaire conique dont l'angle au sommet 6 va de 100 à 1600 inclusivement. Il est à noter enfin que, si désiré, l'écran d'étanchéité de l'invention peut être formé d'éléments unitaires coniques dont les angles au sommet 6 peuvent ne pas être les mêmes partout Les angles au sommet peuvent varier d'une zone à l'autre d'une strate donnée et/ou The angle p that each jet forms with the vertical, whether this jet is directed downwards or upwards, must be at most 850 because, above this value, elementary cones which are too flattened it would not be possible to guarantee the intersection with the adjacent cones. It is also not desirable for the angle P to be less than about 300, since below this value we obtain elementary cones which are too sharp, of small diameter to the base, which would require considerably increase the density of drilling to be carried out for the implementation of the jet technique and would be therefore uneconomical We prefer an angle p between 50 and about 800, which corresponds to a unitary element tapered whose apex angle 6 ranges from 100 to 1600 inclusive. It should be noted finally that, if desired, the sealing screen of the invention may be formed of conical unit elements whose angles at the top 6 may not be the same everywhere The angles at the apex may vary from one to another. area to area of a given stratum and / or
varier d'une strate à une autre.vary from one stratum to another.
La description qui va suivre, faite en se référant The following description, made with reference
aux dessins fera bien comprendre l'invention. to the drawings will make clear the invention.
La figure 1 est une vue schématique en coupe verticale d'un écran d'étanchéité souterrain selon l'invention; La figure 2 est une vue schématique selon la ligne de coupe II-Il de l'écran de la figure 1; La figure 3 est une coupe schématique partielle à plus grande échelle de l'écran de la figure 1; et Les figures 4 à 6 illustrent trois variantes de Figure 1 is a schematic vertical sectional view of an underground waterproofing screen according to the invention; Figure 2 is a schematic view along the section line II-II of the screen of Figure 1; Figure 3 is a partial schematic section on a larger scale of the screen of Figure 1; and Figures 4 to 6 illustrate three variants of
réalisation de l'écran selon l'invention. realization of the screen according to the invention.
Les figures 1 et 2 montrent un écran d'étanchéité souterrain selon l'invention qui est un radier 1 réalisé dans le sol à l'endroit d'une fouille à réaliser ultérieurement, mais délimitée par une paroi 2 moulée préalablement dans le sol Le radier 1 est constitué d'une multiplicité d'éléments unitaires 3, de forme conique, qui FIGS. 1 and 2 show an underground waterproofing screen according to the invention which is a raft 1 made in the ground at the site of a subsequent excavation, but delimited by a wall 2 molded beforehand into the ground. 1 consists of a multiplicity of unitary elements 3, of conical shape, which
s'intersectent, comme le montre la figure 2. intersect, as shown in Figure 2.
Comme l'illustre la figure 3, chaque élément unitaire est réalisé en alimentant en coulis durcissable, sous pression élevée, un train de tubes 4 muni à sa partie inférieure d'une buse latérale 5 orientée vers le bas et introduit dans un forage surdimensionné tel que 6, puis en faisant lentement tourner le train de tubes 4 sur lui-même tout en le maintenant à un niveau stationnaire Le jet de coulis 7 éjecté déstructure le terrain rencontré et soit se mélange avec les éléments constitutifs de ce dernier pour former, après durcissement, un mortier ou béton de sol 8, soit se substitue au terrain pour former, après As illustrated in FIG. 3, each unitary element is produced by supplying, in high-pressure, curable grout, a string of tubes 4 provided at its lower part with a downwardly directed lateral nozzle 5 and introduced into an oversized borehole such as 6, then slowly rotating the tube train 4 on itself while maintaining it at a stationary level. The ejected grout jet 7 destructs the ground encountered and is mixed with the constituent elements of the latter to form, after curing, a mortar or soil concrete 8, or substitutes for the ground to form, after
durcissement, un coulis durci, selon la nature du sol. curing, a hardened grout, depending on the nature of the soil.
Les figures 4 à 6 illustrent diverses variantes Figures 4 to 6 illustrate various variants
conformes à l'invention.according to the invention.
Sur la figure 4, on a représenté un écran formé de deux strates superposées 11 et 12 formées chacune d'une pluralité d'éléments unitaires coniques 3 semblables à ceux des figures 1-3 Un tel écran peut être réalisé simplement en formant, à partir de chaque forage, un premier élément unitaire, puis en remontant légèrement le conduit 4 dans le forage, un deuxième élément unitaire surplombant le premier En variante, on pourrait avoir recours à un train de tubes munis de deux buses espacées, FIG. 4 shows a screen formed of two superimposed layers 11 and 12 each formed of a plurality of conical unit elements 3 similar to those of FIGS. 1-3. Such a screen can be produced simply by forming, from each drilling, a first unitary element, then slightly upstream the conduit 4 in the borehole, a second unitary element overhanging the first Alternatively, one could use a string of tubes provided with two spaced nozzles,
maintenues à un niveau stationnaire. maintained at a stationary level.
Sur la figure 5, on a représenté un écran d'étanchéité formé de deux strates 21 et 22 formées chacune d'une pluralité d'éléments unitaires coniques 3, les cônes formés à partir d'un même forage étant de sens inverses avec leurs sommets contigus Une telle géométrie s'obtient facilement en utilisant un train de tubes muni de deux buses situées sensiblement au même niveau mais FIG. 5 shows a sealing screen formed of two layers 21 and 22 each formed of a plurality of conical unit elements 3, the cones formed from the same bore being in opposite directions with their vertices. contiguous Such geometry is easily obtained by using a train of tubes provided with two nozzles located substantially at the same level but
dirigées l'une vers le bas et l'autre vers le haut. directed one down and the other up.
Sur la figure 6, on a représenté un écran d'étanchéité semblable à celui de la figure 5, si ce n'est que les sommets des cônes formés à partir d'un même forage sont espacés au lieu d'être contigus Une telle géométrie s'obtient en utilisant un train de tubes muni de deux buses espacées superposées, l'une dirigée vers le bas et In FIG. 6, there is shown a sealing screen similar to that of FIG. 5, except that the tops of the cones formed from the same borehole are spaced apart instead of being contiguous. Such a geometry is obtained by using a tube train equipped with two superposed spaced nozzles, one directed downwards and
l'autre vers le haut.the other up.
Il va de soi que les modes de réalisation décrits ne sont que des exemples et qu'on pourrait les modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans It goes without saying that the embodiments described are only examples and that they could be modified, in particular by substitution of technical equivalents, without
sortir pour cela du cadre de l'invention. to get out of the scope of the invention.
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