Brevet FR2564119A1 — publié le 19851115

Procédé et appareil pour former une structure de consolidation souterraine La présente invention concerne un procédé et un appareil pour former des structures de consolidation souterraines, comme par exemple des structures de ren- forcement de sols mous, des murs d'obturation souterrains et des fondations d'immeubles. Dans l'un des procédés antérieurs utilisés pour renforcer un sol mou, on enfonce un tube d'injection de matière de consolidation de sols dans le sous-sol tout en communiquant à ce tube une rotation et on injecte la matière de consolidation à travers le tube dans le sous-sol pour consolider ce sous-sol. Toutefois, cette technique antérieure avait pour inconvénient que, du fait que les éléments du sol arrachés d'une zone choisie du sous-sol o la matière de consolidation était injectée se mélangeaient avec cette matière, il n'était pas toujours possible de renforcer cette zone en lui donnant une résistance mécanique uniforme calculée,de sorte qu'il était difficile de donner à la zone souterraine la solidité voulue. En outre, du fait que l'on injectait la matière de consolidation par la buse se trouvant à l'extrémité avant ou extrémité inférieure du tube d'in- jection tout en faisant tourner ce tube de sorte que l'opérateur ne pouvait pas contrôler la direction d'injection de la buse, la matière de consolidation était injectée de façon irrégulière dans le sous-sol et se mélangeait avec le sol environnant. Ainsi, la structure de consolidation devant être formée dans le sous-sol était limitée à une configuration en colonne ou en plaque. De plus, du fait que le joint orientable par l'intermédiare duquel le mouvement de rotation d'un dispositif d'entraînement extérieur était transmis au tube d'injection était sujet à des limitations de conception, on ne pouvait pas utiliser les tubes d'injection compliqués comportant plusieurs tuyaux souples d'alimentation en liquides comme par exemple des tubes d'injection triples ou quadruples. Selon la présente invention, on forme une cavité de forme prédéterminée dans le sous-sol en évacuant à la surface du sol le sol arraché par l'excavation et on forme une structure de consolidation dans la cavité en injectant dans cette dernière une matière de consolidation. Ainsi, du fait que le sol arraché est remplacé de façon parfaite par la matière de consolidation dans la cavité, on peut former une structure de consolidation ayant une résistance mécanique pouvant atteindre 180 kg/cm2 si on le désire et on peut réaliser une structure de consolidation de n'importe quelle forme voulue en contrôlant la direction dans laquelle est orientée la buse d'injection dans le sous-sol. En outre, si on fait tourner l'agencement de tube d'insertion alternativement dans l'un et l'autre sens sur un angle prédéterminé au lieu de le faire tourner continuel- lement dans un seul sens pour empêcher les tuyaux souples d'alimentation en liquides et les cordons ou câbles associés à l'agencement de tube d'insertion de se tordre, il n'est pas possible de faire fonctionner de façon satisfaisante les agencements de tubes d'insertion de structur escompliquées pour lesquelles les joints orientables classiques ne conviennent pas. Les objets et avantages ci-dessus ainsi que d'autres objets et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description détaillée donnée ci-après en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en élévation schématique du mode de réalisation préféré de l'appareil destiné à former des structures de consolidation souterraines selon la présente invention, les équipements au sol associés à cet appareil ayant été enlevés; la figure 2 est une vue en élévation partielle à grande échelle de l'appareil représenté sur la figure 1, la partie inférieure de l'agencement de tube d'insertion ayant été enlevé; la figure 3 est une vue en coupe montrant la disposition mutuelle du moyen de réglage et d'un interrupteur; la figure 4 est une vue en élévation partielle à grande échelle de la partie d'extrémité avant ou partie d'extrémité inférieure de l'agencement de tube d'insertion, une partie de ce dernier ayant été enlevée; la figure 5 est une vue similaire à la figure 3 mais montrant un agencement de tube d'insertion modifié; la figure 6 est une vue en perspective de structures de consolidation souterraines formées dans le sous-sol conformément à la présente invention; et la figure 7 est une vue en élévation d'autres structures de consolidation souterraines formées dans le sous-sol conformément à la présente invention. On va maintenant décrire la présente invention en se référant aux figures des dessins. Dans les diverses vues des figures, la lettre de référence A désigne un agencement de tube d'insertion qui comprend d'une façon générale un tubage 1 formant le corps de tube principal de l'agencement, un tube d'injection 2 s'étendant à l'intérieur du tubage 1 excentriquement à ce dernier et une buse d'injection 3 disposée à l'extrémité inférieure du tube 2 et communiquant avec ce dernier de manière que la direction du jet à travers la buse puisse être observée positivement à la surface du sol au moyen de la configuration du tubage lui-même ou d'une marque de repérage présente sur le tubage. Le tubage 1 comprend une série de sections de tube de longueur égale et appropriée raccordées les unes aux autres au moyen de parties de raccordement 8 formées sur les sections de tube, des cloisons transversales 9 étant interposées entre les sections de tube adjacentes. Les cloisons transversales 9 sont adaptées pour maintenir en position les tubes intérieurs dont on va donner une description ci-après. Dans le mode de réalisation illustré, bien que la section de tube se présente sous la forme d'une tige b section droite triangulaire dont les dimensions diminuent dans la direction d'injection de la buse 3, cette section de tube peut, dans une variante, se présenter sous la forme d'un tube à collerette dont la collerette est pourvue d'une marque de repérage. Quand on utilise la section de tube à section droite polygonale, on peut enserrer positivement la section de tube avec un mandrin sans risque de glissement, grâce b quoi la section de tube peut supporter un couple de rotation élevée et on peut obtenir un fonctionnement positif de l'appareil. La référence numérique 4 désigne un mandrin associé à un dispositif 5 de support et d'entrainement en rotation destiné à l'insertion de l'agencement de tube et ce mandrin 4 comprend sur sa périphérie des butées réglables 6as 6b espacées angulairement l'une de l'autre par une distance angulaire en vue d'un positiennement au choix de l'agencement de tube d'insertion lorsque cet agencement de tube d'in- sertion est entrainé en rotation par le disposiift 5. Si l'angle entre les butées réglables 6a, 6b est égal par exemple à dans l'un et l'autre sens sur la distance angulaire déter- minée par l'angle 0. L'interrupteur 7 mentionné ci-dessus se trouve sur le dispositif d'entraînement 10 et s'étend vers le haut depuis ce dernier. Si on supprime l'une ou l'autre des butées de réglage 6a et 6b, le sens de rotation de l'agencement de tube d'insertion A change chaque fois que cet agencement a tourné de 360 . La référence numérique 11 désigne un dispositif destiné à déplacer l'agencement de tube d'insertion A vers le bas et vers le haut dans le sous-sol. Un trépan 12 est disposé à l'extrémité avant ou extrémité inférieure de l'agencement de tube d'insertion A et le trépan 12 creuse dans le sol une cavité pilote au fur et à mesure que l'agencement A de tube d'insertion tourne continuellement alternativement dans l'un et l'autre sens. Au fur et à mesure que l'opération d'excavation progresse de manière à augmenter la profondeur de la cavité, l'agencement A de tube d'insertion pénètre progressivement dans le sous-sol. Une barre 13 de support de buse est articulée à sa base 14 à la buse d'injection 3 au-dessus du trépan 12 pour supporter la buse d'injection 3 et pour exécuter en outre un coulissement vers le haut et vers le bas le long de l'agencement A de tube d'insertion. Quand on déplace vers le haut la base 14 de la barre de support 13 le long de l'agencement A de tube d'insertion, l'extrémité avant de la barre de support 13 fait saillie de l'agencement A de tube de facon sensiblement horizontale de manière que la buse 3 fasse ainsi saillie de l'agencement A de tube d'insertion latéralement. Lorsque l'on déplace vers le haut et vers le bas le tube d'injection 2 indépendamment du tubage 1, la buse 3 peut être déplacée vers le haut et vers le bas indépendamment de la barre 13 de support de buse. Un détecteur 15 à ultrasons est disposé sur le côté de l'ex- trémité avant de l'agencement A de tube d'insertion qui est situé à l'opposé du côté o se trouve la buse 3 et un tube d'aspiration de retour 16 ainsi qu'un tube 17 d'injection de matière de consolidation débouchent sur le côté de l'agencement A de tube o se trouve le détecteur 15 à ultra- sons. Dans le mode de réalisation illustré, la partie intérieure creuse du tubage 1 forme le tube d'aspiration de retour 16. La référence numérique 19 désigne un cordon de branchement de détecteur. Le tube d'aspiration de retour et le tube d'injection de matière, 16 et 17, peuvent être remplacés par un seul tube commun selon le type de matière de consolidation utilisée. Les éléments constitutifs de l'appareil étant réalisés et disposés de la façon mentionnée ci-dessus, on introduit, au cours du fonctionnement, l'agencement A de tube d'insertion dans le sous-sol G tout en le faisant tourner continuellement alternativement dans l'un et l'autre sens tandis que le trépan 12 creuse la cavité dans le sous-sol G. Au fur et à mesure que l'agencement A de tube d'insertion s'enfonce dans la cavité en cours d'excavation dans le sous-sol, on protège la paroi de la cavité contre les effondrements à l'aide d'un conduit vertical 20 entourant l'agencement A de tube d'insertion et, en même temps, on pompe de la bentonite liquide à travers un tube 18 qui est raccordé à son extrémité extérieure à une source appropriée (non représentée) de bentonite liquide et qui communique à son extrémité intérieure avec le conduit 20 entourant l'agencement de tube dans la cavité. Un mouvement tourbillonnaire est communiqué k la bentonite liquide et celle-ci forme avec la terre arrachée à la couche de terrain entourant la cavité par l'opération d'excavation une boue destinée à remplir la cavité. La bentonite liquide animée d'un mouvement tourbillonnaire est aspirée vers le haut jusqu'à la surface du sol situé au-dessus de la cavité par le tube d'aspiration de retour 16 conjointement avec la terre arrachée puis à la surface du sol, on sépare de cette boue la terre qui s'y trouve en extrayant la bentonite liquide que l'on recycle ensuite dans la cavité par l'inter- médiaire du tube 18 et du conduit 20. Quand l'agencement A de tube d'insertion a atteint une profondeur prédéterminée dans le sous-sol, c'est-à-dire quand la cavité a été creusée à la profondeur prédéterminée dans le sous-sol, on injecte sous haute pression dans la cavité par l'intermédiaire du tube d'injection 2 et de la buse 3 une matière d'excavation pour entraîner la couche de sol délimitant la cavité. De la même manière que celle décrite k propos de l'injection de bentonite liquide, la terre entraînée est aspirée vers le haut à travers le tube d'aspiration de retour 16 jusqu'à la surface du sol. Lorsque le tube d'aspiration 16 est pourvu d'un tube pneumatique auxiliaire 21, on peut obtenir, en plus de l'action d'aspiration assurée par le tube d'aspiration 16 lui-même, un effet d'extraction pneumatique k l'aide de ce- tube pneumatique auxiliaire 21 pour augmenter l'effet d'aspiration. Du fait que l'on peut modifier la position de la buse d'injection 3 en manipulant la barre 13 de support de buse, comme on l'a mentionné cidessus, on peut donner k la cavité que l'on creuse n'importe quelle forme voulue. On peut protéger la paroi de la cavité 41 contre les éboulementsk l'aide de la pression de remplissage de la bentonite liquide animée d'un mouvement tourbillonnaire et on détecte le volume et la forme de la cavité 41 k l'aide du détecteur 15 à ultrasons. Le volume et la forme détectés sont transmis par l'intermédiaire du cordon 19 de détecteur k un dispositif de contr8le (non représenté) se trouvant k la surface du sol. Dans une variante, on peut obtenir les informations relatives à la nature du sous-sel en faisant passer le jet le long de la paroi 40 de la cavité pilote k une vitesse et k une pression constantes depuis la buse d'injection 3 et en déterminant la configuration concavo-convexe de l'excavation àa l'aide du détecteur 15, et on peut déterminer la forme de la cavité 41 en se basant sur la nature détectée du sol. Lorsque la cavité 41 présente la forme prédéterminée, on y injecte pour la remplir une matière de consolidation par l'intermédiaire du tube 17 d'injection de matière de consolidation. En l'absence d'injection de matière d'exca- vation par la buse d'injection pendant que la matière de consolidation est injectée, on peut utiliser cette buse d'injection 3 ou le tube d'aspiration de retour 16 comme tube d'injection de matière de consolidation selon le type de cette matière de consolidation. On peut choisir la matière de consolidation parmi le groupe comprenant le ciment, le silicate de sodium, l'amide acrylique, l'asphalte, la résine d'uréthane et l'isocyanate selon la structure de consolidation spécifique qu'il convient de former. En répéaaRt la façon de procéder ci-dessus, on forme des structures de consolidation successives ou bien on peut également appliquer cette façon de procéder à une zone spécifique qu'il faut renforcer. Grâce à la structure et la conception mentionnées ci-dessus de l'appareil de la présente invention, on peut obtenir les effets suivants. Du fait que l'agencement de tube d'insertion tourne continuellement alternativement dans l'un et l'autre sens et non pas continuellement dans un seul sens, on obtient un excellent agencement de mécanisme grâce auquel le dispositif de contr8le se trouvant à la surface du sol, le moyen de détection situé dans le sous-sol, le mécanisme disposé h l'extrémité avant de l'agencement de tube d'insertion, les moyens d'actionnement se trouvant à la surface du sol et les moyens d'alimentation en matière peuvent être mis en relation mutuelle de façon satisfaisante à l'aide de moyens simples sans avoir à procéder à des arrêts intermittents pendant que l'agencement de tube d'insertion tourne, comme c'était le cas dans la technique antérieure. En outre, du fait que l'on peut régler au choix l'angle de rotation de l'agencement de tube d'insertion à l'aide de l'interrupteur 7 et des éléments de repérage réglables 6a, 6b, on peut former une structure de conso- lidation en forme de secteur dans une plage angulaire prédéterminée et on peut limiter la structure de consoli- dation k une zone définie avec précision. De plus, comme l'on forme la structure de consolidation en remplaçant de façon parfaite le sol extrait par la matière de remplissage au moyen d'un liquide animé d'un mouvement de va-et-vient, on peut obtenir des structures de consolidation ayant une résistance mécanique élevée au lieu d'avoir recours au procédé classique d'enfoncement de pieux. La buse permet de donner aux structures de consoli- dation n'importe quelle forme voulue. Il est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Procédé pour former une structure de consolidation souterraine, caractérisé par le fait que l'on insère jusqu'à une profondeur prédéterminée dans une zone du sous-sol (G) o une structure de consolidation doit être formée un agencement (A) de tube d'insertion comprenant un tube d'aspiration de retour (16), un tube d'injection sous haute pression (2) et un tube (17) d'injection de matière de consolidation, on remplit une cavité (41) formée dans ladite zone souterraine et dans laquelle on a inséré ledit agencement (A) de tube d'insertion avec de la bentonite liquide ou analogue, on recycle ladite bentonite entre ladite cavité et un dispositif extérieur, on injecte par l'intermédiaire dudit tube d'in- jection sous haute pression (2) une matière d'excavation sous la forme d'un jet sous haute pression dirigé latéralement contre la paroi (40) de ladite cavité pour creuser la cavité tout en faisant tourner l'agencement de tube (A) continuel- lement et alternativement dans l'un et l'autre sens sur une distance angulaire prédéterminée, on aspire vers le haut jusqu'à la surface du sol par l'intermédiaire dudit tube d'aspiration de retour (16) le sol arraché de la paroi de ladite cavité, le sol précité étant entraîné par la bentonite liquide, et, en même temps, on contr8le l'état de la cavité excavée (41) à l'aide d'un dispositif de contrôle présent sur l'agencement de tube d'insertion (A) et on injecte dans ladite cavité une matière de consolidation par l'intermé- diaire dudit tube (17) d'injection de matière de consoli- dation afin de renforcer ainsi le sous-sol. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on injecte ladite matière de consolidation par l'intermédiaire d'un tube d'injection dirigé vers le bas quand l'opération de creusement par l'injection de jet précitée est terminée. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on injecte ladite matière de consolidation latéralement par rapport audit agencement de tube (A) sous la forme d'un jet sous haute pression. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'après avoir creusé une cavité pilote k l'aide d'un trépan (12) disposé à l'extrémité avant dudit agencement de tube d'insertion (A), on déplace ledit agencement de tube d'insertion le long de la paroi de la cavité pilote à une vitesse constante tout en injectant une matière d'exca- vation latéralement par rapport à l'agencement de tube et on détecte l'état de ladite cavité pilote à l'aide d'un détec- teur (15) à ultrasons placé à l'extrémité-avant de l'agence- ment de tube d'insertion, l'opérateur de l'agencement de tube d'insertion déterminant les conditions de répartition de la nature du sol dans une zone particulière du sous-sol. 5. Appareil pour former une structure de consolidation dans le sous-sol, caractérisé par le fait qu'il comprend z un agencement de tube d'insertion (A) comprenant un passage, une buse et une ouverture d'injection destinés k une aspiration de retour, une injection de matière d'excavation et une injection de matière de consolidation, le passage, la buse et l'ouverture précités étant des composants distincts d'un ensemble combiné, ledit agencement de tube d'insertion comprenant, en outre, un trépan (12) et un détecteur (15) à ultrasons à l'extrémité avant dudit agencement de tube d'insertion (A) ainsi qu'un moyen de contr8le à l'extrémité de ce dernier située à la surface du sol; un mandrin rotatif (4) comportant un moyen de réglage adapté pour inverser le sens de rotation dudit agencement de tube d'insertion (A) chaque fois qu'un interrupteur (7) porte contre ledit moyen de réglage et un mécanisme (11) pour déplacer vers le haut et vers le bas ledit agencement de tube d'insertion (A). 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ledit moyen de réglage comprend deux butées réglables (6a, 6b) sur la périphérie du mandrin (4), 7. Appareil selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la buse d'injection (3) est supportée par une barre sous-jacente (13) articulée à son extrémité de base a l'agencement de tube d'insertion (A) et à son extrémité avant aux côtés opposés de la buse (3), grâce à quoi lorsque l'extrémité de base supportée de façon coulissante le long de l'agencement de tube d'insertion (A) est déplacée vers le haut, la buse fait saillie latéralement de cet agencement de tube d'insertion dans la direction d'injection. 8. Appareil selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'un opérateur déplace vers le haut et vers le-bas la buse d'injection (3) en déplaçant simultanément vers le haut et vers le bas ledit tube d'injection et l'extrémité de base de ladite barre de support.