[0001] 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.
[0002] 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.
[0003] 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 prolongatuer, et de tuber le forage dans les premiers mètres. Enfin,
il est impossible de forer à la boue de forage.
[0004] On a déjà proposé, pour pallier ces invonvénients, d'utiliser des machines à fraises
telles que celles décrites dans les demandes de brevets français n
o 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.
[0005] 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.
[0006] A cet effet, l'invention a tout d'abord pour objet un procédé pour la réalisation
d'un pieu dans le sol, et notamment dans le sol sous-marin, caractérisé par le fait
que :
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 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) on effectue sur un profondeur prédéterminée, un forage de haut en bas avec les
fraises dans leur dite première position,
c) on place les fraises dans leur dite deuxième position,
d) on effectue un surforage de bas en haut avec les friases dans leur deuxième position
jusqu'au voisinage de ladite extrémité inférieure 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 dans le trou ainsi réalisé sur ladite profondeur prédéterminée,
et on recommence éventuellement un certain nombre de fois les opérations b) à e),
et
g) on retire la machine de forage du tube ainsi enfoncé dans le sol et on cimente
l'espace annulaire compris entre la paroi du trou et la surface extérieure du tube.
[0007] 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 tronçon de forage peut par exemple être de 3 mètres.
[0008] On peut, préalablement à la réalisation du pieu, mettre en place un dispositif susceptible
de maintenir le tube et d'assurer sa descente pas à pas dans ledit trou.
[0009] Le pas de la descente du tube peut être, soit inférieur, soit égal à la profondeur
sur laquelle est effectué chaque tronçon du forage.
[0010] 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
supérieure du tube à une distance fixe de cette extrémité, et on effectue les opérations
de forage et de surforage précitées par extension et rétraction respectivement dudit
vérin.
[0011] 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 lesdits supports entre
deux positions où les fraises sont respectivement dans leurs dites première et deuxième
positions.
[0012] 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.
[0013] Un tel agencement de fraises est décrit dans la demande de brevet français n
o 84 19053.
[0014] 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 intact qui, suivant la nature de terrain, peut
s'opposer à la progression de la fraise.
[0015] Afin de remédier à cet inconvénient, on prévoit également selon la présente invention,
de monter les fraises 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.
[0016] Cette rotation des fraises entraîne la destruction du redan et par conséquent une
progression plus régulière de la machine.
[0017] On peut en outre prévoir, pour reprendre le couple vertical créé par la rotation
du support des fraises, d'utiliser des patins, notamment gonflables, montés dans des
rainures longitudinales et aptes à prendre appui contre la surface intérieure du tube.
[0018] La présente invention a également pour objet un dispositif de maintien et de descente
pas à pas du tube, pour la mise en oeuvre du procédé tel que décrit ci-dessus, 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.
[0019] On décrira maintenant à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation particulier
de l'invention 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 figures 2a et 2b représentent la partie inférieure de la machine de forage avec
les fraises respectivement en positions écartées et resserrées,
- les figures 3a et 3b sont des vues de dessous correspondant respectivement aux figures
2a et 2b,
- les figures 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 5 est une vue schématique en coupe transversale des figures 4a et 4b,
et
- les figures 6 a à 6 l illustrent les différentes étapes du procédé selon l'invention.
[0020] On décrira tout d'abord d'une manière générale le dispositif selon l'invention, en
référence plus particulièrement aux figures 1 et 6b.
[0021] La machine de forage utilisée 1 est du type comportant un corps 2 et une tête 3 reliés
par un vérin d'avance 4. A sa partie inférieure, le corps 2 reçoit, par l'intermédiaire
d'un support 5 monté pivotant autour d'un axe vertical, une paire de
fraises supérieures 6 et une paire de fraises inférieures 7.
[0022] Les fraises 6 et 7 sont montées à rotation autour d'axes sensiblement horizontaux,
les axes des fraises 7 étant perpendiculaires aux axes des fraises 6. Les deux fraises
6 tournent en sens inverse, de même que les deux fraises 7, de manière à ramener les
déblais vers l'axe vertical de la machine, où ils 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 est sensiblement circulaire, comme
on peut le voir sur les figures 3a et 3b, de manière que le forage qu'elles réalisent
ait une section circulaire. Un tel agencement de fraises est décrit dans la demande
de brevet français n
o84 19053.
[0023] Les moteurs d'entraînement de la pompe 8 et des fraises 6 et 7 sont alimentés par
exemple par une centrale hydraulique 9 entraînée elle-même par une turbine à eau de
mer 10. Cette turbine reçoit de l'eau de mer sous pression depuis un support maritime
de surface, par exemple un navire à positionnement dynamique, par l'intermédiaire
d'une conduite 11 à deux voies et d'un train de tige 12. La conduite 11 est reliée
à son extrémité inférieure à la tête 3 de la machine de forage 1, tandis que son extrémité
supérieure est reliée à l'extrémité inférieure du train de tige 12 par l'intermédiaire
d'une boîte de distribution 13. Une des voies de la conduite 11 permet l'alimentation
de la turbine et l'autre voie permet l'évacuation des délais. Une conduite flexible
14 est connectée à la boîte de distribution 13 pour l'évacuation des déblais de forage.
Un tel agencement est décrit dans la demande de brevet français n
o 86 05529.
[0024] Les figures 1 et 6b représentent par ailleurs la machine de forage 1 disposée à l'intérieur
d'un tube 15 destiné à former le tubage du forage réalisé à l'aide de la machine.
[0025] La machine de forage 1 est supportée par le tube 15 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'intérieur du tube 15 par l'intermédiaire
de l'organe 16, la tête 3 se trouvant à une distance fixe de l'extrémité supérieure
du tube 15 égale à la longueur de la conduite 11.
[0026] L'ensemble selon l'invention comporte également un dispositif 17 pour le maintien
et l'avance pas à pas du tube 15.
[0027] Ce dispositif 17 comprend tout d'abord un cône de guidage et d'appui 18 susceptible
de coopérer avec l'extrémité supérieure évasée 19 d'une réservation 20 formée dans
une structure 21 que l'on souhaite fixer au sol marin 22 par un pieu réalisé conformément
à l'invention.
[0028] Un collier de serrage inférieur 23 pour le tube 15 est monté solidaire du cône 18,
tandis qu'un collier de serrage supérieur 24 est monté mobile axialement par rapport
au collier 23 à l'aide de vérins de manoeuvre 25.
[0029] Des vérins 26 permettent le serrage du tube 15 par le collier 23 et des vérins 27
permettent le serrage du tube 15 par le collier 24.
[0030] Des câbles de guidage 28 reliés au support maritime de surface en tension constante,
one leur extrémité inférieure fixée au collier de serrage 23 et traversent des guides
29 et 30 solidaires respectivement du collier supérieur 24 et de l'extrémité supérieure
du tube 15, pour assurer le guidage de ce dernier lors de sa descente.
[0031] La descente du tube 15 par rapport à son dispositif de maintien, et donc par rapport
à la structure 21, s'effectue avec le collier inférieur 23 desserré et le collier
supérieur 24 serré, par rétraction des vérins 25. Cette descente peut s'effectuer
pas 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 col lier 24 est ensuite resserré et le collier 23 desserré
et l'opération est recommencée.
[0032] 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.
[0033] A cet effet, chaque fraise 6 est montée sur un support 31 oscillant autour 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. Dans ce cas, la projection horizontale
des fraises posséde un diamètre plus grand que le diamètre extérieur du tube 15, comme
cela apparaît sur la figure 3a.
[0034] De même, des vérins 34 prenant appui sur une jupe périphérique 35 permettent de resserrer
les fraises, comme cela est représenté à la figure 2b. Dans cette position, la projection
horizontale des fraises possède un diamètre plus petit que le diamètre intérieur du
tube 15, ce qui permet à la machine 1, y compris ses fraises 6 et 7, de pénétrer à
l'intérieur du tube 15.
[0035] Bien entendu, des supports oscillants et des vérins similaires à ceux des fraises
6 sont utilisés pour manoeuvrer les fraises 7.
[0036] Si l'on se réfère maintenant aux figures 4a, 4b et 5, on constate que des vérins
36 permettent d'assurer la rotation du support 5 des fraises par rapport au coprs
2 de la machine de forage 1. Il est ainsi possible de faire effectuer à ces fraises
une oscillation, par exemple de quelques degrés, autour d'un axe vertical, comme schématisé
par les flèches 37, et de briser ainsi les redans qui se forment entre les deux fraises
6 et, respectivement, entre les deux fraises 7.
[0037] Cette oscillation entraîne un couple de réaction qui est repris par des patins gonflables
38 prenant appui sur la surface intérieure de tube 15, et susceptibles de coulisser
dans des rainures 39 du corps 2 de la machine 1. Un dispositif de gonflage 40 est
prévu dans le corps de la machine pour les patins 38.
[0038] On voit sur les figures 4a et 4b que les patins 38, étant en appui sur le tube 15,
restent au même niveau en coulissant à l'intérieur des rainures 39 lorsque le corps
de la machine descend sous l'action du vérin d'avance 4.
[0039] 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.
[0040] Le procédé de réalisation d'un pieu à l'aide de l'ensemble décrit ci-dessus sera
maintenant exposé en référence aux figures 6
a à 6
l.
[0041] La figure 6a représente l'ensemble constitué par la machine 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'effectue en maintenant l'ensemble
suspendu par le train de tige 12 à partir d'un support 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 position rétractée des figures
2b et 3b.
[0042] A la figure 6b, le cône de guidage et d'appui 18 a pénétré dans l'évasement 19 de
la réservation 20, positionnant ainsi l'ensemble par rapport à la structure 21. La
partie cylindrique de la réservation 20 est prévue avec un diamètre intérieur légèrement
supérieur au diamètre extérieur du tube 15, afin de permettre la descente de ce dernier
jusqu'au sol à travers la réservation 20.
[0043] Bien entendu on pourrait poser directement sur le fond marin le dispositif 17, dans
le cas où l'on souhaiterait effectuer un pieu d'ancrage préalablement à la mise en
place de la structure qu'il est destiné à ancrer.
[0044] A la figure 6c, l'extrémité inférieure du tube 15 et la machine de forage 1 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 câbles
guides 28. Cette descente s'effectue avec le vérin d'avance 4
de la machine 1 rétracté.
[0045] Un premier forage de haut en bas est alors effectué, comme représenté à la figure
6d, par déploiement du vérin d'avance 4, les fraises étant toujours dans leur position
resserrée des figures 2b et 3b. On réalise ainsi un forage 50 dont le diamètre est
inférieur au diamètre intérieur du tube 15.
[0046] A la figure 6e, les fraises ont été écartées à l'aide des vérins 33, dans leur position
représentée aux figures 2a et 3a. Un surforage 51 est ainsi réalisé de bas en haut
par rétraction du vérin d'avance 4 qui ramène les fraises de la machine 1 jusqu'au
voisinage de l'extrémité inférieure du tube 15.
[0047] Le trou 51 ainsi réalisé possède par conséquent un diamètre légèrement supérieur
au diamètre extérieur du tube 15.
[0048] A la figure 6f, les fraises sont à nouveau rapprochées à l'aide des vérins 34, la
machine 1 est entièrement rentrée dans le tube 15, et celui-ci est descendu dans le
trou 51 à l'aide du dispositif d'avance 17, par action combinée des colliers de serrage
23 et 24 et des vérins de manoeuvre 25, de la manière décrite ci-dessus.
[0049] L'extrémité inférieure du tube 15 ayant été amenée au fond du trou 51, un nouveau
forage 52 est réalisé de haut en bas par la machine de forage 1 avec ses fraises resserrées,
comme monté à la figure 6g.
[0050] 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).
[0051] 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 être descendu jusqu'au fond
du trou correspondant, comme représenté à la figure 6j.
[0052] Les opérations ci-dessus peuvent bien entendu se répéter autant de fois que cela
est nécessaire pour enfoncer le tube 15 jusqu'à la profondeur désirée dans le sol
22.
[0053] Lorsque cet enfoncement est terminé, le dispositif 17 et la machine de forage 1 sont
remontés à l'aide du train de tige 12, comme cela est représenté à la figure 6k, en
laissant le tube 15 en place dans la réservation 20 de la structure 21, et enfoncé
dans le sol 22.
[0054] L'espace annulaire 54 ménagé entre la surface extérieure du tube 15 et les parois
du trou dans lequel ce tube est enfoncé est ensuite cimenté par tout moyen convenable,
comme représenté à la figure 6
l en 55.
[0055] On a ainsi réalisé un pieu circulaire de grand diamètre, tubé et cimenté, et calibré
avec précision.
[0056] Diverses variantes et modifications peuvent bien entendu être apportées à la description
qui précède sans sortir pour autant du cadre ni de l'esprit de l'invention.
1. Procédé pour la réalisation d'un pieu dans le sol, et notamment dans le sol sous-marin,
caractérisé par le fait que :
a) on amène sensiblement au contact du sol l'extrémité inférieure d'un tube (15) ayant
un diamètre intérieur et un diamètre extérieur prédéterminés, et contenant à son intérieur
une machine de forage (1) munie de fraises (6,7) 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) on effectue sur une profondeur prédéterminée un forage de haut en bas avec les
fraises dans leur dite première position,
c) on place les fraises dans leur dite deuxième position,
d) on effectue un surforage de bas en haut avec les fraises dans leur deuxième position,
jusqu'au voisinage de ladite extrémité inférieure 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 dans le trou ainsi réalisé, sur ladite profondeur prédéterminée,
et on recommence éventuellement un certain nombre de fois les opérations b) à e),
et
g) on retire la machine de forage du tube ainsi enfoncé dans le sol et on cimente
l'espace annulaire (54) compris entre la paroi du trou et la surface extérieure du
tube.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, préalablement à
la réalisation du pieu, on met en place un dispositif (17) susceptible de maintenir
le tube et d'assurer sa descente pas à pas dans ledit trou.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait
que l'on utilise une machine de forage du type comprenant une tête (3) et un corps
(2) sur lequel sont montées les fraises, la tête et le corps étant reliés par un vérin
(4), que l'on suspend ladite tête à l'extrémité supérieure du tube à une distance
fixe de cette extrémité, et que l'on effectue les opérations de forage et de surforage
précitées par extension et rétraction respectivement dudit vérin.
4. Machine de forage pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des
revendications 1 à 3, 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 (31), des moyens (33,34) étant prévus pour déplacer lesdits
supports entre deux positions où les fraises sont respectivement dans leurs dites
première et deuxième positions.
5. Machine de forage selon la revendication 4, caractérisée par le fait qu'elle comprend
deux paires de fraises superposées (6,7), l'ensemble des quatre fraises ayant une
projection horizontale sensiblement circulaire.
6. Machine de forage selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisée
par le fait que lesdites fraises sont montées sur un support (5) monté à rotation
sur le corps de la machine autour d'un axe sensiblement vertical, des moyens (36)
étant prévus pour faire tourner ledit support autour dudit axe.
7. Machine de forage selon la revendication 6, caractérisée par le fait qu'elle comprend
des patins, notamment gonflables, (38) montés dans des rainures longitudinales (39)
et aptes à prendre appui sur la surface intérieure du tube.
8. Dispositif de maintien et de descente pas à pas du tube pour la mise en oeuvre
du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait
qu'il comprend un premier collier de serrage (23) monté fixe par rapport au sol et
un deuxième collier (24) de serrage coaxial au premier collier, des moyens (25) étant
prévus pour écarter et rapprocher le deuxième collier du premier collier.