Brevet FR2641560A1 — publié le 19900713

InJecteur de matériau de consolidation du sol La présente invention concerne de manière générale un injecteur adapté pour l'injection d'un matériau de consolidation du sol afin d'améliorer un sol tendre et de préparer les fondations d'un chantier de construction. A l'heure actuelle, on connaît divers injecteurs de matériau de consolidation du sol, représentés sur la figure 8. Sur le dessin, (A) représente le type d'injecteur le plus ancien qui peut seulement injec- ter un matériau de consolidation du sol, et (B) représente un type d'in- jecteur second en ancienneté qui injecte un matériau de consolidation du sol en même temps qu'il diffuse un gaz comprimé tel que l'air. Mais le type (B) n'a pas pu surmonter un certain nombre de problèmes, de sorte qu'au cours de ces dernières années, l'injecteur du type (C) pourvu de deux buses d'injection a été largement utilisé. Sa buse d'injection su- périeure inJecte de l'eau et du gaz, et sa buse d'injection inférieure injecte seulement un matériau de consolidation du sol. Plus précisément, la buse d'injection supérieure peut injecter de l'eau sous pression jus- qu'à une grande distance en diffusant du gaz autour de l'eau de sorte que l'eau sous pression peut forcer la boue liquide à s'évacuer vers la sur- face du sol. Cet effet d'évacuation de la boue liquide est connu sous le nom "d'effet d'extraction par air". Par ailleurs, la buse d'injection inférieure n'injecte pas de gaz et ainsi un tel effet d'extraction par air, dû à la cavitation par diffusion des gaz, ne peut pas être produit. Par suite, le matériau de consolidation du sol injecté à partir de la buse d'injection inférieure se substituera seulement à la boue liquide éliminée par l'effet d'extraction par air de la buse d'injection supé- rieure. Ceci signifie que le matériau de consolidation du sol n'atteindra pas la distance éloignée requise et peut s'écouler vers le haut Jusqu'à la surface du sol. Ce type (C) a procuré un médiocre rapport de déplace- ment, 1/2 ou moins, du sol au matériau de consolidation du sol. Le but principal de la présente invention est par suite de créer un injecteur de matériau de consolidation du sol qui puisse surmonter les problèmes mentionnés ci-dessus. Un autre but de la présente invention est de créer un injecteur de matériau de consolidation du sol qui puisse étendre la portée d'in- 26 4 1 5 6 0 jection du matériau de consolidation du sol pour déplacer de la boue avec grande efficacité. Un but supplémentaire de la présente invention est de créer un injecteur de matériau de consolidation du sol qui puisse efficacement ajuster la pression du gaz comprimé injecté à partir de l'injecteur. Pour atteindre les buts ci-dessus, l'injecteur de matériau de con- solidation du sol en conformité avec la présente invention comprend un monitor connecté au sommet d'un tuyau d'injection, un moyen d'injection supérieur disposé dans la paroi latérale du monitor comprenant une buse d'injection intérieure servant à injecter un liquide sous pression et une buse d'injection extérieure servant à injecter un gaz comprimé, et un moyen d'injection inférieur disposé dans la paroi latérale du monitor comprenant une buse d'injection intérieure servant à injecter un matériau sous pression de consolidation du sol et une buse d'injection extérieure servant à injecter un gaz comprimé. L'injecteur de matériau de consolida- tion du sol comprend en outrc un moyen de réglage de pression afin d'ajus- ter la pression d'injection du gaz comprimé entre le moyen d'injection supérieur et le moyen d'injection inférieur. En conformité avec la présente invention, un liquide sous pression, tel que de l'eau, injecté à partir de la buse d'injection intérieure du moyen d'injection supérieur est enveloppé d'un gaz comprimé injecté à partir de la buse d'injection extérieure du moyen d'injection supérieur, et un matériau sous pression de consolidation du sol injecté à partir de la buse d'injection intérieure du moyen d'injection inférieur est également enveloppé d'un gaz comprimé injecté à partir de la buse d'in- jection extérieure du moyen d'injection inférieur. La boue dans le sol est désagrégée et déplacée hors de la surface du sol par l'eau sous pression avec un gaz comprimé injecté à partir du moyen d'injection supérieur et, ensuite, le matériau de consolidation du sol avec un gaz comprimé injecté à partir du moyen d'injection inférieur peut se répandre dans l'espace sensiblement cylindrique libéré par le déplacement de la boue. Le matériau de consolidation du sol peut largement et efficacement pénétrerdans un espace même étroit éloigné de l'injecteur grâce au gaz comprimé enveloppant le matériau de consolidation. Les pressions de gaz comprimé injecté respectivement à partir des moyens d'injection supérieur et inférieur sont ajustées de façon à réaliser l'opération d'élimination de boue et l'opération de consolidation du sol. Les caractéristiques exposées ci-dessus de la présente invention, ainsi que d'autres, ressortiront de la description détaillée de modes de réalisation de celle-ci, donnée ci-après à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une illustration schématique montrant un exemple d'état d'injection d'un premier mode de réalisation de l'inJecteur de matériau de consolidation du sol en conformité avec la présente invention - la figure 2 est une vue en coupe verticale représentant le Joint pivotant connecté à l'injecteur de matériau de consolidation du sol en conformité avec la présente invention; - la figure 3 est une vue en coupe verticale représentant le moni- tor d'un premier mode de réalisation de l'injecteur de matériau de con- solidation du sol en conformité avec la présente invention; - la figure 4 est une vue en coupe verticale représentant le tuyau d'inJection de l'injecteur de matériau de consolidation du sol représenté sur la figure 1. - la figure 5 est une vue en coupe prise suivant la ligne X-X' de la figure 3, représentant le monitor de l'injecteur en conformité avec la présente invention; - la figure 6 est une illustration schématique représentant un exemple de fonctionnement de l'injecteur de matériau de consolidation du sol associé à des dispositifs auxiliaires; -25 - la figure 7 est une illustration schématique représentant un état d'injection d'un second mode de réalisation de l'injecteur de matériau de consolidation du sol; et - - les figures 8A, 8B, 8C sont des illustrations schématiques re- présentant les injecteurs classiques rangés selon un ordre chronologi- que. La figure 1 représente une vue générale d'un premier mode de réali- sat-ion d'un injecteur de matériau de consolidation du sol, dans lequel la référence numérique 3 désigne un monitor comprenant un moyen d'injec- tion supérieur 15 et un moyen d'injection inférieur 16. Le moyen d'in- jection supérieur 15 est conçu de façon à injecter de l'eau à très haute pression à travers une buse intérieure et un gaz à très haute pression à travers une buse extérieure entourant coaxialement la buse intérieure. En outre, le moyen d'injection inférieur 16 est conçu de façon à injecter un matériau de consolidation du sol sous très haute pression à travers une buse intérieure et un gaz sous très haute pres- sion à travers une buse extérieure entourant coaxialement la buse in- térieure. Le monitor 3 est connecté à un joint pivotant 4 à travers un tuyau d'injection 1, comme représenté sur la figure 6. La figure 2 montre un exemple de joint pivotant 4 à trois tubes adapté pour la présente invention. Le joint pivotant 4 à trois tubes comprend un corps pivotant de base 10 auquel le tuyau d'injection 1 est relié de manière à pouvoir pivoter, par l'intermédiaire d'un roulement 11. Le corps pivotant 10 comprend une première tubulure d'entrée A, une seconde tubulure d'en- trée B et une troisième tubulure d'entrée C. Le tuyau d'injection 1 comprend un élément de tuyau externe 13a, un élément de tuyau intermé- diaire 13b et un élément de tuyau central 13c qui sont.disposés coaxiale- ment. L'élément de tuyau central 13c définit un premier conduit la pour un matériau de consolidation du sol à haute pression, l'élément de tuyau central 13c et l'élément de tuyau intermédiaire 13b définissent un second conduit lb pour de l'eau à haute pression, alors que l'élé- ment de tuyau intermédiaire 13b et l'élément de tuyau externe 13a dé- finissent un troisième conduit lc destiné à un gaz à haute pression. Le premier conduit la, le second conduit lb et le troisième conduit lc sont respectivement raccordés à la première tubulure d'entrée A, à la seconde tubulure d'entrée B et à la troisième tubulure d'entrée C. La figure 3 montre la structure du monitor 3 qui comprend un élé- ment de tuyau externe 3a, un élément de tuyau intermédiaire 3b et un élément de tuyau central 3c qui sont disposés coaxialement. L'élément de tuyau central 3c définit un premier conduit 20 pour un matériau de consolidation du sol à haute pression, l'élément de tuyau central 3c et l'élément de tuyau intermédiaire 3b définissent un second conduit 21 pour de l'eau à haute pression, alors que l'élément de tuyau inter- médiaire 3b et l'élément de tuyau externe 3a définissent un troisième conduit 22 pour un gaz à haute pression. Le premier conduit 20, le second conduit 21 et le troisième conduit 22 sont respectivement raccor- dés à la première tubulure d'entrée A, la seconde tubulure d'entrée B et la troisième tubulure d'entrée C, par l'intermédiaire du premier conduit la, du second conduit lb et du troisième conduit lc du tuyau d'injection 1. Le monitor 3 comporte en outre le moyen d'injection supérieur 15 et le moyen d'injection inférieur 16, qui sont disposés dans la paroi latérale du monitor 3. Le moyen d'injection supérieur 15 comprend une buse d'injection intérieure 15a raccordée au second conduit 21 et une buse d'injection extérieure 15b raccordée au troisième conduit 22. De même, le moyen d'injection inférieur 16 comprend une buse d'injection intérieure 16a raccordée au premier conduit 20 et une buse d'injection extérieure 16b raccordée au troisième conduit 22. La figure 5 représente une vue en coupe du moyen d'injection supérieur 15 (ou du moyen d'inJec- tion inférieur 16). Le moyen d'injection supérieur 15 et le moyen d'injection inférieur 16 sont disposés dans des positions opposées pour qu'ainsi la force d'in- jection soit appliquée de manière symétrique en phase de travail. Les pressions du gaz comprimé injecté à partir respectivement du moyen d'injection supérieur 15 et du moyen d'injection inférieur 16 peu- vent être aJustées indépendamment l'une de l'autre par une variation du diamètre des buses de ceux-ci. En général, la pression est fonction des conditions de travail, telles que la dureté du sol devant être traité, la nature du matériau de consolidation du sol, la vitesse d'injection du matériau de consolidation, et ainsi de suite. La figure 6 représente un exemple d'une phase de travail de l'in- jecteur de matériau de consolidation du sol constitué comme décrit ci- dessus. Le monitor 3, le tuyau d'injection 1 et le joint pivotant 4 sont connectés verticalement et supportés par un dispositif de manoeuvre 2. Les trois tubulures d'entrée A, B et C du joint pivotant 4 sont respectivement connectées aux travaux d'alimentation 8 à travers lesquels le matériau de consolidation du sol à haute pression, de l'eau à haute pression et un gaz à haute pression sont amenés à partir d'une unité de compression 6 dans le premier conduit la, le second conduit lb et le troisième conduit lc, respectivement. 2 6 4 1 560 Le fonctionnement de l'injecteur de matériau de consolidation du sol conforme à la présente invention va maintenant être décrit. Le monitor 3 de l'injecteur est introduit dans un trou de guidage 7 formé dans le sol devant être traité, par le dispositif de manoeuvre. Quand le monitor 3 atteint le fond du trou de guidage 7, le matériau de consolidation du sol à haute pression, l'eau à haute pression et le gaz à haute pression sont envoyés depuis l'unité de compression 6 dans le premier conduit 20, le second conduit 21 et le troisième conduit 22 du monitor 3 par l'intermédiaire des tubulures d'entrée A, B et C du joint pivotant 4 et des premier, second et troisième conduits la, lb et lc du tuyau d'injection 1, respectivement. Ensuite, le monitor 3 est mis en rotation et soulevé vers le haut par le dispositif de manoeuvre 2. Le moyen d'injection supérieur 15 injecte de l'eau à très haute pression avec une enveloppe de gaz à haute pression, tel que de l'air, pour désa- gréger la boue environnante et amener celle-ci jusqu'à un bassin de boue. Le gaz à haute pression force l'eau et la boue à être déplacées vers le haut grâce à son effet d'extraction, de sorte qu'un espace artificiel est ménagé autour du monitor 3. Ensuite, le matériau de consolidation du sol injecté sous une très haute pression à partir du moyen d'injection in- férieur 16, est facilement et largement répandu pour réaliser un traite- ment de consolidation du sol. Traditionnellement, la boue et l'eau remontées sont poussées par un remblayeur pour retourner dans le sol ou sont retenues à la surface du sol sans aucun traitement. Ceci amène la densité de boue dans le sol à être plus élevée et rend médiocre l'efficacité de l'injection du matériau de consolidation du sol. Afin de remédier à cet inconvénient, la masse de boue et d'eau remontée, stockée dans le bassin de boue 5, est directement aspirée par une pompe 50 comme représenté à la figure 6, pour que le matériau de consolidation du sol soit injecté plus efficacement et qu'ainsi la densité de remplissage du matériau de consolidation du sol soit augmen- tée. Ce mode de consolidation du sol peut former une couche cylindrique de sol consolidé en un temps remarquablement court. Du fait que le tuyau d'injection 1 peut être raccordé par vissage à un tuyau de prolongement comme représenté à la figure 4, la longueur totale du tuyau d'injection 1 peut être librement modifiée en fonction de la profondeur de travail. En outre, le tuyau d'injection 1 n'est pas limité à une section de forme circulaire, mais toute forme polygonale, telle qu'une forme pentagonale ou octogonale, peut être utilisée suivant les conditions de travail. La figure 7 montre un second mode de réalisation dans lequel le monitor 3 comprend un moyen d'injection auxiliaire 18 en plus du moyen d'injection supérieur 15 et du moyen d'injection inférieur 16. Ce moyen d'injection auxiliaire 18 est conçu pour injecter seulement le matériau de consolidation du sol à très haute pression afin d'augmenter l'effica- cité d'injection du matériau de consolidation du sol ou apporter un sup- plément de matériau de consolidation du sol. Il est inutile de préciser que l'injecteur de matériau de consolidation du sol conforme à la présente invention peut comprendre plusieurs moyens d'injection auxiliaire. Comme l'explication en a été donnée ci-dessus, l'injecteur en con- formité avec la présente invention assure les effets suivants. Du fait que le moyen d'injection inférieur injecte également du gaz comprimé, de préférence du gaz à très haute pression, un effet com- biné d'injection entre le moyen d'injection supérieur et le moyen d'in- jection inférieur peut être obtenu. Ceci signifie que le gaz comprimé injecté à partir du moyen d'injection inférieur amène également le maté- riau de consolidation du sol à être répandu et étendu avec une grande portée en plus de l'effet d'extraction provoqué par le gaz comprimé et par l'eau sous haute pression injectée à partir du moyen d'injection supérieur. En outre, les pressions de gaz comprimé inJecté respective- ment par le moyen d'injection supérieur 15 et le moyen d'injection in- férieur 16 peuvent être ajustées indépendamment l'une de l'autre par variation du diamètre des buses de ceux-ci pour -que'la densité de rem- plissage du matériau de consolidation du sol, l'efficacité de l'opéra- tion et sa durée puissent être améliorées. , Il est en outre évident pour l'homme de l'art que la description précédente n'est que celle d'un mode de réalisation préféré du disposi- tif décrit et que divers changements et modifications peuvent être ap- portés à l'invention sans sortir de l'esprit ni du cadre de celle-ci. 26 4 1560 REVENDICATIONS 1. Injecteur de matériau de consolidation du sol, caractérisé en ce qu'il comprend: - un tuyau d'injection (1) raccordé à une unité de compression (6) à travers un joint pivotant (4), et - un monitor (3) connecté au sommet dudit tuyau d'injection, ledit monitor comprenant un moyen d'injection supérieur (15) disposé dans la paroi latérale dudit monitor et comprenant une buse d'injection intérieure (15a) servant à injecter un liquide sous pression et une buse d'injection extérieure (15b) servant à injecter un gaz comprimé, et un moyen d'inJec- tion inférieur (16) disposé dans la paroi latérale dudit monitor et com- prenant une buse d'injection intérieure (16a) servant à injecter un ma- tériau sous pression de consolidation du sol et une buse d'injection ex- térieure (16b) servant à injecter un gaz comprimé. 2. Injecteur de matériau de consolidation du sol selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que ledit tuyau d'injection (1) comprend un élément de tuyau externe (13a), un élément de tuyau intermédiaire (13b) et un élément de tuyau central (13c) afin qu'un premier conduit (la) pour le matériau sous pression de consolidation du sol soit défini par ledit élément de tuyau central, qu'un second conduit (lb) pour le liquide sous pression soit défini entre ledit élément de tuyau central et ledit élément de tuyau intermédiaire, et qu'un troisième conduit (1c) pour le gaz comprimé soit défini entre ledit élément de tuyau intermédiaire et ledit élément de tuyau externe. 3. Injecteur de matériau de consolidation du sol selon la revendica- tion 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit monitor (3) comprend un élément de tuyau externe (3a), un élément de tuyau intermédiaire (3b) et un élé- ment de tuyau central (3c) afin qu'un premier conduit (20) soit défini par ledit élément de tuyau central, qu'un second conduit (21) soit défini entre ledit élément de tuyau central et ledit élément de tuyau intermé- diaire, et qu'un troisième conduit soit défini entre ledit élément de tuyau intermédiaire et ledit élément de tuyau externe, lesdits premier, second et troisième conduits(20, 21, 22) étant respectivement raccordés auxdits premier,second et troisième conduits (la, lb, lc) dudit tuyau d'injection (1). 4. Injecteur de matériau de consolidation du sol selon la revendica- tion 3, caractérisé en ce que ledit premier conduit (20) du monitor (3) est raccordé à ladite buse d'injection intérieure (15a) dudit moyen d'in- Jection inférieur (16), ledit second conduit (21) du monitor (3) est rac- cordé à ladite buse d'injection intérieure (15a) dudit moyen d'injection supérieur (15), et ledit troisième conduit (22) du monitor (3) est rac- cordé auxdites buses d'injection extérieures (15b, 16b) desdits moyens d'injection Supérieur (15) et inférieur (16). 5. Injecteur de matériau de consolidation du sol selon l'une quel- conque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit monitor (3) comprend en outre un moyen de réglage de pression pour faire varier la pression d'injection du gaz comprimé entre ledit moyen d'injection supé- rieur (15) et ledit moyen d'injection inférieur (16). 6. InJecteur de matériau de consolidation du sol selon la revendica- tion 5, caractérisé en ce que ledit moyen de réglage de pression est conçu pour faire varier le diamètre desdites buses d'injection (15a, 15b; 16a, 16b) desdits moyens d'injection supérieur (15) et inférieur (16). 7. Injecteur de matériau de consolidation du sol selon l'une quel- conque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le monitor (3) comprend en outre au moins une buse d'injection auxiliaire (18) au- dessous desdits mbyens d'injection supérieur (15) et inférieur (16). 8. Injecteur de matériau de consolidation du sol selon la revendica- tion 7, caractérisé en ce que ladite buse d'injection auxiliaire (18) injecte seulement du matériau sous pression de consolidation du sol.