CA1277975C

CA1277975C - Procede pour la realisation d'un pieu dans le sol, machine de forage et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede

Info

Publication number: CA1277975C
Application number: CA000549869A
Authority: CA
Inventors: Yves Legendre; Herve Barthelemy
Original assignee: Soletanche SA
Current assignee: Soletanche SA
Priority date: 1986-10-22
Filing date: 1987-10-21
Publication date: 1990-12-18
Anticipated expiration: 2007-12-18
Also published as: ES2002707B3; EP0265344A1; AU592678B2; EP0265344B1; IN171369B; JPS63217016A; US4904119A; ZA877914B; AU7999987A; NO874393L; DE265344T1; DE3769074D1; NO874393D0; FR2605657A1; BR8705631A; ES2002707A4

Abstract

L'invention est relative à un procédé pour la réalisation d'un pieu dans le sol, et notamment dans le sol sous-marin comprenant les étapes suivantes: a) on amène sensiblement au contact du sol l'extrémité inférieure d'un tube ayant un diamètre intérieur et un diamètre extérieur prédéterminés, et contenant à son intérieur une machine de forage munie de fraises rotatives et mobiles d'une première position où leur encombrement transversal est inférieur au diamètre intérieur du tube à une deuxième position où leur encombrement transversal est supérieur au diamètre extérieur du tube b) tout en retenant le tube en position fixe on abaisse les fraises en première position d'un endroit sous le tube, c) on place les fraises dans leur dite deuxième position, d) on effectue un surforage en actionnant les fraises dans leur deuxième position, ledit surforage ayant un diamètre plus grand que le diamètre extérieur du tube e) on ramène les fraises dans leur dite première position et on rentre la machine dans le tube, f) on descend le tube contenant la machine de forage dans le fond de ce trou réalisé par surforage, g) on recommence en séquence les étapes b) à f), jusqu'à l'obtention de la profondeur prédéterminée, h) on retire la machine de forage dudit tube afin d'obtenir un espace annulaire compris entre la paroi du trou et la surface extérieure du tube, i) on cimente l'espace annulaire.

Description

`\ ~ %7~7~3t75 La présente invention concerne tout d'abord un procédé pour la réalisation d'un pieu dans le sol, et notamment dans le sol sous-marin. L'invention concerne aussi la machine de forage pour le procédé~
En mer, les fondations des ouvrages sont généralement réalisées par des pieux inclinés ou verticaux de grand diamètre (84", ou 2,10 m) battus à l'aide de marteaux Diesel depuis la surface, ou de marteaux hydrauliques sous-marins.
Dans certains types de sol cette solution n'est cependant pas satisfaisante et l'on souhaiterait la remplacer par des pieux forés cimentés. Toutefois, dans l'état actuel des possibilités, on est limité en forage rotatif à un diamètre maximum de 48" (1,20 m) du fait du couple à reprendre qui est extrêmement important, ainsi que du débit de fluide d'évacuation des déblais en circulation directe. Il est en outre difficile d'utiliser un tube prolongateur, et de tuber le forage dans les premiers mètres. Enfin, il est impossible de forer à la boue de forage.
On a déja proposé, pour pallier ces inconvénients, d'utiliser des machines à fraises telles que celles décrites dans les demandes de brevets francais no. 85 14939 et 86 05529. Ces machines ne permettent cependant pas de tuber le forage sur toute sa hauteur, et ne sont en outre pas prévues pour réaliser des pieux de section circulaire.
La présente invention vise notamment à fournir un procédé permettant la réalisation de pieux forés cimentés de grand diamètre, plus particulièrement sur un fond sous-marin.
A cet effet, l'invention a tou-t d'abord pour objet un procédé pour la réalisation d'un pieu dans le sol, et notamment dans le sol sous-marin, comprenant les étapes suivantes:

~7S

a) on amène sensiblement au contact du sol l'extrémité inférieure d'un tube ayant un diamètre intérieur et un diamètre extérieur prédéterminés, et contenant à son intérieur une machine de forage munie de fraises rotatives et mobiles d'une première position où leur encombrement transversal est inférieur au diamètre intérieur du tube, à
une deuxième position où leur encombrement transversal est superieur au diamètre extérieur du tube, b) tout en le tube en position fixe on abaisse les fraises en première position à un endroit sous le tube, c) on place les fraises dans leur dite deuxième position, d) on effectue un surforage en actionnant les fraises dans leur deuxième position, ledit surforage ayant un diamètre plus grand que le diamètre extérieur du tube, e) on ramène les fraises dans leur dite première position et on rentre la machine dans le tube, f) on descend le tube contenant la machine de forage dans le fond de ce trou réalisé par surforage, g) on recommence, en séquences les étapes b) à f), jusqu'à l'obtention de la profondeur prédéterminée, h) on retire la machine de forage dudit tube afin d'obtenir un espace annulaire compris entre la paroi du trou et la surface extérieuxe du tube, ~5 i) on cimente l'espace annulaire.
A titre d'exemple, on peut utiliser pour le tubage un tube ayant un diamètre inférieur de 80" (2 m) pour une épaisseur de 2" (5 cm) soit un diamètre extérieur de 84"
(2,10 m). On pourra alors réaliser le forage de haut en bas en 78" (1,95 m) avec les fraises dans leur position rétractée et le surforage de bas en haut en 90" (2,25 m) avec les fraises dans leur position déployée. La profondeur prédéterminée sur laquelle est effectuée chaque troncon de forage peut par exemple être de 3 mètres.

lZ7797~;

On peut, préalablement à la réalisa-tion du pieu, mettre en place un dispositif susceptible de maintenir le tube et d'assurer sa descente pas à pas dans ledit trou.
Le pas de la descente du tube peut être, soit inférieur, soit égal à la profondeur sur laquelle est effectué chaque tronçon du forage.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, on utilise une machine de forage du type comprenant une tête et un corps sur lequel sont montées les fraises, la tête et le corps étant reliés par un vérin, on suspend ladite tête à l'extrémité suprérieure du tube à une distance fixe de cette extrémité, et on effectue les opérations de forage et de surforage précitées par extension et réatraction respectivement dudit vérin.
L'invention a également pour objet une machine de forage pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus, comportant au moins une paire de fraises entraînées en rotation en sens inverse, caractérisée par le fait que chacune desdites fraises est montée sur un support oscillant, des moyens étant prévus pour déplacer lesdtis supports entre deux positions où les fraises sont respectivement dans leurs dites première et deuxième positions.
Pour réaliser un pieu de section circulaire, on utilise de préférence une machine de forage comprenant deux paires de fraises superposées, l'ensemble des quatre fraises ayant une projection horizontale sensiblement circulaire.
Un tel agencement de fraises est décrit dans la demande de brevet francais no. 84 19053.
On sait par ailleurs que les machines de forage de ce type, comprenant des paires de fraises entraînées en rotation en sens inverse, présentent parfois l'inconvénient de laisser entre les fraises un redan _ _ ~277~37~;

intact qui, suivant la nature du terraln~ peut s'opposer à la progression de la fraise.
Afi~ de remédier à cet inconvénient, on prévoit également selon la présente invention, de monter le~ fraises sur un support monté à
rotation sur le corps de la machine autour d'ua axe senslblement vertical, des ~oyens étant prévus pour faire tourner ledlt support autour dudit axe.
Cette rotation des fraises entra~ne la destruction du redan et par consequent une progression plus régulière de la machine.
On peut en outre prévoir, pour reprendre le couple vertical créé par la rotation du support des ~ralses, d'utlliser des patins, notamment gonflables, montés dans des rainures longitudinales et apte~ à
prendre appui contre la surface interieure du tube.
La présente invention a également pour ob~et un dispo~itif de maintien et de descente pas à pas du tube, pour la misQ en oeuvre du procédé
tel que décrit cl-dessu~, caractérisé par le fait qu'il comprend un premier collier de serrage monté fixe par rapport au sol, et un deuxième collier de serrage coaxial au premier collier, des moyens étant prévus pour écarter et rapprocher le deuxième collier du premier collier.
On décrira maintenant à titre d'exemple non limitatif un mode ~ de réalisation particulier de l'inven~ion en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue de côté d'un ensemble susceptible d'être utilisé pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, - les flgures 2a et 2b représentent la partle inférieure de la machine de forage avec les fraises respectivement en posltions écartées et resserrées, - les figures 3a et 3b sont des vues de dessous correspondant respeccivement aux figures 2a et 2b, - le3 figure~ 4a et 4b sont une vue en coupe verticale de la machine en cours de forage avec son vérin de descente respectivement en position rétractée et déployée, - la figure S est une vue schéma~lque en coupe transversale des figures 4a et 4b, et - les figures 6a à 61 illustrent les différentes étapes du procédé selon l'invention.
On décrlra tout d'abord d'une manlère générale le dispositlf selon l'invention, en référence plus particulièrement aux figures 1 et 6b.
La machine de Eorage utilisée l est du type comportant un corps 2 et une tête 3 reliéq par un vérin d'avance 4. A sa parcie inférleure, le corps 2 reçoit, par l'intermédlaire d'un support 5 monté

~7~75 pivotant autour d'un axe vertical, une paire de fralses supérieures 6 et une paire de fraisea lnférieures 7.
Les fraises 6 et 7 sont montées à rotation autour d'axes sensibleme~t horizontaux, les axes de~ fraises 7 étant perpendiculaires au~
axes des fraises 6. Les deux fraises 6 tournent en sens inverse, de même que les deux fraise~ 7, de manière à ramener les déblai~ verg l'axe vertical de la machine, où il9 sont aspirés par une pompe à déblais 8 par l'intermédiaire d'un conduit d'aspiration 9 (figure 2a). Les fraises 6 et 7 ont une forme telle que leur proJection horizontale egt sensiblemenC
circulalre, comme on peut le voir sur les figures 3a et 3b, de manière que le forage qu'elles réalisent al~ une sectlon circulaire. Un tel agencement de fraises est décrit dans la demande de brevet francais n84 19053.
Les moteurs d'entra~nement de la pompe 8 et des fraises 6 et ~ sont alimentés par exemple par une centrale hydraulique 9 entra~née elle-même par une turbine à eau de mer 10. Cette turbine reSoit de l'eau de ~er sous pression depuis un support maritlme de surface, par exemple un navire à positionnement dynamique, par l'intermédiaire d'une conduite`ll à
deux voies et d'un train de tige l2. La conduite 11 est rellée à son extrémité inférieure à la tête 3 de la machine de forage 1, tandi3 que son extrémité supérieure est reliée à l'extrémité inférieure du train de tige 12 par l'intermédiaire d'une boIte de distribution 13. Une de3 voie~ de la conduite 11 permet l'alimentation de la turbine et l'autre voie permet l'évacuation des délais. Une conduite flexlble 14 est connectée à la bo~te de distributlon 13 pour l'évacuation de3 déblais de orage. Un tel agencement est décrit dan~ la demande de brevet fran$ais n 86 OS529.
Les figures 1 et 6b représeneene par ailleurs la machine de forage 1 disposée à l'lntérieur d'un tube 15 desti~né à former le tubage du forage réalisé à l'aide de la machlne.
La machine de forage 1 ese supportée par le tube lS lui-même par l'intermédiaire de sa tête 3 et de la conduite à deux voies 11 dont l'extrémité supérieure est montée solidaire de l'extrémité supérieure du tube 15 par l'intermédiaire d'un organe d'appui 16. La machine 1 est par conséquent suspendue à l'lntérieur du tube 15 par l'intermédlaire de l'organe 16, la tête 3 se trouvant à une distance fixe de l'extrémlté
supérieure du tube 15 égale à la longueur de la conduite 11.
L'ensemble selon l'invention comporte également un dispositif 17 pour le maintien et l'avance pas à pas du tube 15.
Ce dispositlf 17 comprend tout d'abord un cône de guidage et d'appui 18 susceptible de coopérer avec l'extrémlté supérieure évasée 19 ~;27~97~

d'une réservation 20 formée dans une structure 21 que l'on souhaite fixer au sol marln 22 par un pieu réalisé conformément à l'invention.
Un collier de serrage inférieur 23 pour le tube 15 est monté
solidaire du cône 18, tandis qu'un collier de serrage ~upérieur 24 ese monté
mobile axialement par rapport au collier 23 à l'aide de vérins ds manoeuvre 25.
Des vérins 26 permettent le serrage du tube 15 par le collier 23 e~ des vérins 27 per~ettent le serrage du tube 15 par le collier 24.
Des câble~ de guidage 28 rellés au support maritime de surface en tensian constante, ont leur extrémité inPérieure fixée au collier de serrage 23 et traversent des guldes 29 et 30 solidaire~ respecti~ement du collier supérieur 24 et de l'extrémité supérieure du tube 15, pour assurer le guidage de ce dernier lors de sa descente.
La descente du tube 15 par rapport à son dispositif de maintien, et donc par rapport à la structure 21, s'effectue avec le c~llier inférieur 23 desserré et le collier supérieur 24 serré, par rétraction des vérins 25. Cette descente peut s'effectuer pag à pas. Dans ce cas, une fois les vérins 25 complètement rétractés, le collier 23 est serré et le collier 24 desserré, puis les vérins 25 déployés de manière à faire remonter le collier 24. Le collier 24 est ensuite resserré et le collier 23 desserré
et l'opération est recommencée.
Les fraises 6 et 7 peuvent prendre soit une position écartée représentée aux figures 2a et 3a, soit une position resserrée représentée aux figures 2b et 3b.
A cet effet, chaque fraise 6 es~ montée sur un support 31 oscillant ~utour d'un axe horizontal 32. Des vérins 33 prenant appui sur le conduit 9 permettent d'écarter les fraises, comme cela est représenté à la figure 2a. Dan~ ce cas, la pro~ection horlzontale des fraises possède un diamètre plus grand que le diamètre extérleur du tube 15, comme cela apparaIt sur la figure 3a.
De même, des vérins 34 prenant a,opui sur une jupe périphérique 35 permettent de resserrer les fralses, comme cela est représenté à la flgure 2b. Dans cette posltion, la pro~ection horizontale des fraises possède un diamètre plus peclt que le diamètre intér~eur du tube 15, ce qul permet à la machine 1, y compris ses fraises 6 et 7, de pénétrer à l'lntérleur du tube 15.
Bien entendu, des supports oscillants et des vérins similaires à ceux des fralses 6 sont utilisés pour manoeuvrer les fraises 7.

. ~

~77975 - 6 - , ~ Si l'on se réfère malntenant aux flgures 4a, 4b et 5, on constate que de~ vérins 36 permettent d'assurer la rotation du support 5 des fraises par rapport au corps 2 de la machine de forage 1. Il est alnsi possible de Çaire effectuer à ces fralses une osclllation, par exemple de quelque3 degré3, autour d'un axe vertical, comme schémati3é par le~ flèches 37, et de briser ainsi les redans qui se forment entre le~ deux fraises 6 et, respectivemene, entre les deux fraises 7.
Cet~e oscillation entra~ne un couple de réaction qul est repri~ par des patins gonflablea 38 prenant appui sur la surface intérieure du tube 15, et s~sceptible~ de coulis~er dans des rainures 39 du corpq 2 de la machine 1. Un dlspositif de gonflage 40 est prévu dan~ le corps de la machine pour les patins 38.
On voit sur les figure~ 4a et 4b que les patins 38, étant en appui sur le tube 15, restent au même niveau en coulissant à l'intérleur des rainures 39 lorsque le corps de la machine descend sous l'action du vérin d'avance 4.
L'ensemble selon l'invention comprend enfin des câbles d'alimentation et de commande 41 pour le dispositif 17, ainsi que des câbles d'alimentation et de commande 42 pour la machine de forage 1.
Le procédé de réalisation d'un pieu à l'aide de l'ensemble décrit ci-dessus sera maintenant exposé en référence aux figures 6a à 61.
La figure 6a représente l'ensemble constitué par la machlne de forage 1, le tube 15 et le dispositif de maintien et d'avance 17 en cours d~approche de la réservation 20 prévue dans la structure 21. Cette approche s'ef}ectue en maineenant l'ensemble suspendu par le train de tige 12 à
partir d'un suppor~ maritime de surface non représenté. On constate qu'au cours de cette approche la machine 1 est entièrement disposée à l'intérieur du tube 15, les fraises étant dans leur positlon retractée des figures 2b et 3b.
A la figure 6b, le cône de guidage et d'appui 18 a pénétré
dans l'évasement 19 de la réservatlon 20, positionnant ainsi l'ensemble par rapport à la structure 21. La partle cylindrique de la réservation 20 est prévue avec un diamètre intérleur légèrement supérieur au diamètre extérieur du tube 15, afln de permetere la descente de ce dernier Jusqu'au sol à
travers la réservation 20.
- Bien entendu on pourrait po3er directement sur le fond marin le dispositif 17, dans le ca~ où l'on souhaiterait effectuer un pieu d'ancrage préalablemene à la mise en place de la structure qu'il est destiné
à ancrer.

~ 779~; J

A la figure 6c, l'extrémité inférieure du tube 15 et la machine de forage I sont descendues à travers la réservation 20 jusqu'au contact du sol 22. A cet effet, les colliers de serrage 23 et 24 sont desserrés et le tube 15 est guidé sur les cables guide~ 28. Cette descente s'effectue avec le vérin d'avance 4 de la machine 1 rétracté.
Un premier forage de haut en bas est alors effectué, comme représenté à la Eigure 6d, par déploiement du vérin d'avance 4, les fraises étant tou~ours dans leur position resserrée des figures 2b et 3b. On réalise ainsi un forage 50 dont le diamètre est lnférieur au dlamètre intérieur du tube lS.
A la figure 6e, les fraises ont été écartées a l'aide des verins 33, dans leur position représeneée aux figureg 2a et 3a. Un surforage Sl est ainsi réalisé de bas en haut par rétraction du vérin d'avance 4 qui ramène les fraises de la machine 1 jusqu'a~ voisinage de lS l'extrémité inférieure du ~ube 15.
Le trou 51 ainsi réalisé possède par conséquent un diamètre légèrement supérieur au diamètre e~térieur du tube 15.
A la figure 6f, les fraises sont à nouveau rapprochées à
l'aide des vérins 34, la machine 1 est en~ièrement rentrée dans le tube lS, et celui-ci est descendu dans le trou Sl à l'aide du dispositif d'avance 17, par action combinée des colliers de serrage 23 et 24 et de3 vérins de manoeuvre 25, de la manière décrite ci-dessus.
L'extrémlté inférieure du tube 15 ayant été amenée au fond du trou Sl, un nouveau forage 52 est réalisé de haut en bas par la machine de forage 1 avec ses fraise~ resserrées, comme montré à la figure 6g, Les fraises sont ensuite écartées et un surforage 53 est réalisé de bas en haut à un diamètre supérieur au diamètre extérieur du tube 15 (figure 6h).
Ce surforage étant réalisé jusqu'au voisinage de l'extrémité
inférieure du tube 15, comme représenté à la figure 6i, ce tube peut à
nouveau etre descendu ~usqu'au fond du trou correspondant, comme représenté
à la figure 6j.
Les opération~ ci-dessus peuvent blen entendu se répéter autant de fois que cela est nécessalre pour enfoncer le tube 15 jusqu'à la profondeur désirée dan~ le sol 22.
Lorsque cet enfoncement est terminé, le dispositif 17 et la machine de forage I sont remontés à l'aide du train de tige 12, comme cela est représenté à la figure 6k, en lai3sant le tube 15 en place dans la réservation 20 de la structure 21, et enfoncé dans le sol 22.

~27'79'7~ .

L'espace annulalre 54 ménagé entre la surface extérleure du tube 15 et les parois du trou dans lequel ce ~ube est enfoncé est ensuite cimenté par tout moyen convenable. comme représenté à la figure 61 en 55.
On a ainsi réalisé un pieu circulaire de grand diamètre, tubé
et cimenté, e~ calibré ave~ précision.
Diverses varlantes et modification~ yeuvent bien entendu être apportées à la description qui précède sans sortir pour autant du cadre ni de l'esprit de l'invention.

Claims

1. Procédé pour la réalisation d'un pieu d'une profondeur prédéterminée dans le sol, et notamment dans le sol sous-marin, comprenant les étapes suivantes:
a) on amène sensiblement au contact du sol l'extrémité inférieure d'un tube ayant un diamètre intérieur et un diamètre extérieur prédéterminés, et contenant à son intérieur une machine de forage munie de fraises rotatives et mobiles d'une première position où leur encombrement transversal est inférieur au diamètre intérieur du tube à
une deuxième position où leur encombrement transversal est supérieur au diamètre extérieur du tube, b) tout en retenant le tube en position fixe on abaisse les fraises en première position d'un endroit sous le tube, c) on place les fraises dans leur dite deuxième position, d) on effectue un surforage en actionnant les fraises dans leur deuxième position, ledit surforage ayant un diamètre plus grand que le diamètre extérieur du tube, e) on ramène les fraises dans leur dite première position et on rentre la machine dans le tube, f) on descend le tube contenant la machine de forage dans le fond de ce trou réalisé par surforage, g) on recommence en séquence les étapes b) à f), jusqu'à l'obtention de la profondeur prédéterminée, h) on retire la machine de forage dudit tube afin d'obtenir un espace annulaire compris entre la paroi du trou et la surface extérieure du tube, i) on cimente l'espace annulaire.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le surforage à l'étape d) est initialement obtenue de haut en bas de la portion à être surforée, avec les fraises dans leur première position, puis après les fraises sont placées dans la deuxième position et le trou est élargi ainsi du fond en bas vers le haut.

3. Procédé selon la revendication 1, où
préalablement à l'étape a) un dispositif susceptile de maintenir le tube, est mis en place dans la région du sol ou le pieu doit être installé.

4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel ledit dispositif est placé sur une structure de guidage relié au pieu qui doit être réalisé.

5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la machine de forage utilisée comprend une tête et un corps sur lequel sont montées les fraises, la tête et le corps étant reliés par un vérin, ladite tête étant relié au tube durant le surforage, et que l'on effectue les opérations de surforage précitées par extension et rétraction respectivement dudit vérin qui abaisse et hausse la machine de forage.

6. Procédé selon la revendication 1, comprenant un dispositif de décente pas à pas du tube, ledit dispositif comprenant un premier collier de serrage monté fixe par rapport au sol et un deuxième collier de serrage pour le tube, le deuxième collier se déplaçant de haut en bas par rapport au premier pour retenir et abaisser le tube.

7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
par le fait que, préalablement a la réalisation du pieu, on met en place un dispositif susceptible de maintenir le tube et d'assurer sa descente pas à pas dans ledit trou.

8. Machine de forage pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comportant au moins une paire de fraises entraînées en rotation en sens inverse, caractérisée par le fait que chacune desdites fraises est montée sur un support oscillant, des moyens étant prévus pour déplacer lesdits supports entre deux positions où les fraises sont respectivement dans leurs dites première et deuxième positions.

9. Machine de forage selon la revendication 8, caractérisée par le fait qu'elle comprend deux paires de fraises superposées, l'ensemble des quatre fraises ayant une projection horizontale sensiblement circulaire.

10. Machine de forage selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisée par le fait que lesdites fraises sont montées sur un support monté à rotation sur le corps de la machine autour d'un axe sensiblement vertical, des` moyens étant prévus pour faire tourner ledit support autour dudit axe.

11. Machine de forage selon la revendication 8, comprenant des rainures longitudinales pour recevoir des patins patins gonflables, et des patins gonflables montes sur ces rainures, et apte à prendre appui sur la surface intérieure du tube.