EP0581688B1

EP0581688B1 - Method and device for forcing a pipe into the soil by ramming, especially for making a pile

Info

Publication number: EP0581688B1
Application number: EP93401984A
Authority: EP
Inventors: Pierre Roger
Original assignee: Bouygues Offshore SA
Current assignee: Saipem SA
Priority date: 1992-07-31
Filing date: 1993-07-30
Publication date: 1996-03-20
Anticipated expiration: 2013-07-30
Also published as: DK0581688T3; HK24097A; AU662646B2; DE69301874D1; US5449253A; FR2694315A1; JPH06322762A; AU4436093A; JP2794622B2; ES2085740T3; FR2694315B1; EP0581688A1; DE69301874T2

Description

L'invention concerne un procédé et un dispositif pour enfoncer un tube dans le sol, par battage, dans le but, par exemple, de réaliser un pieu ou une pile, en particulier pour une fondation sur terre, dans un port ou en mer.The invention relates to a method and a device for driving a tube into the ground, by threshing, for the purpose, for example, of making a stake or a pile, in particular for a foundation on land, in a port or at sea.

Une technique connue pour battre un tube afin de former un pieu consiste à fermer l'extrémité inférieure du pieu par un bouchon en matière résistante, en particulier en béton, de manière à définir une tête de fonçage et à battre cette tête en faisant chuter une masse à l'intérieur du tube.A known technique for beating a tube in order to form a pile consists in closing the lower end of the pile by a stopper made of a resistant material, in particular concrete, so as to define a driving head and to beat this head by dropping a mass inside the tube.

Des variantes de cette technique consistent à remplacer ce bouchon en matière résistante par un couvercle métallique (brevet français FR-A-2 592 414).
Une autre technique connue est de munir le tube en sa partie basse d'un épaulement sur lequel vient prendre appui un bouchon métallique en forme de pointe, sur lequel on vient frapper en faisant chuter une masse métallique (brevet français FR-A-2 171 492) .Variants of this technique consist in replacing this stopper made of resistant material with a metal cover (French patent FR-A-2,592,414).
Another known technique is to provide the tube in its lower part with a shoulder on which comes to bear a metal plug in the shape of a point, on which one comes to strike by dropping a metallic mass (French patent FR-A-2 171 492).

Les défauts majeurs de ces différents systèmes sont les suivants :The major shortcomings of these different systems are as follows:

Dans le cas d'emploi de bouchon en béton, la pénétration du tube n'est assurée que par le frottement du bouchon sur son enveloppe et ce procédé ne permet pas de réaliser des pieux ou piles de grande longueur.In the case of use of a concrete plug, the penetration of the tube is only ensured by the friction of the plug on its casing and this process does not make it possible to make piles or piles of great length.

La récupération de la tête de fonçage est impossible dans le cas du couvercle et nécessite des outils spéciaux dans le cas du bouchon métallique. Or, il peut être nécessaire d'enlever cette tête de fonçage pour forer une zone de sol plus dure impossible à traverser par battage ou pour faire une reconnaissance du sol de fondation.The recovery of the driving head is impossible in the case of the cover and requires special tools in the case of the metal plug. However, it may be necessary to remove this driving head to drill a harder soil area impossible to cross by threshing or to make a recognition of the foundation soil.

Tous ces procédés fonctionnent mal ou ne fonctionnent pas du tout pour battre des pieux ou piles inclinés et encore moins des piles courbes assez fréquemment utilisées pour guider les forages pétroliers dans leur partie supérieure.All these methods work badly or do not work at all to beat piles or inclined piles and even less curved piles quite frequently used to guide the oil drilling in their upper part.

C'est une des raisons pour lesquelles la plupart des battages de pieux ou de piles sont exécutés à l'aide de moutons tapant sur un casque recouvrant la tête de ces tubes.This is one of the reasons why most pile or pile driving is carried out using sheep tapping on a helmet covering the head of these tubes.

Les défauts majeurs de ces systèmes de frappe en tête sont les suivants :The major shortcomings of these head striking systems are:

L'énergie de battage nécessaire pour atteindre un enfoncement déterminé de la pile ou du pieu est presque toujours supérieure à l'énergie que nécessiterait un battage en fond de pieu.The threshing energy required to reach a specified pile or pile depth is almost always greater than the energy that would be required by pile driving.

L'épaisseur de paroi du pieu ou de la pile est beaucoup plus souvent déterminée par la valeur de l'effort de choc de battage à supporter que par la charge finale appliquée sur la pile, ce qui conduit à un surcroît de dépenses inutile.The wall thickness of the pile or pile is much more often determined by the value of the impact of threshing impact to be supported than by the final load applied to the pile, which leads to unnecessary extra expense.

Le système de battage en tête est toujours très bruyant et fait souvent proscrire son emploi dans les zones urbanisées.The head-threshing system is always very noisy and often prohibits its use in urbanized areas.

Dans les battages de pieux de très grande longueur, par exemple pour des plates-formes pétrolières en mer, cette technique de battage ne permet pas un contrôle rigoureux de l'état du pieu ou de la pile dans sa partie basse, et lorsque ces contrôles ont été réalisés à posteriori, il a souvent été constaté des écrasements du tube.In the driving of very long piles, for example for oil platforms at sea, this driving technique does not allow a rigorous control of the state of the pile or of the pile in its lower part, and when these controls have been performed after the fact, it has often been observed that the tube has been crushed.

La présente invention se propose de remédier aux inconvénients qui viennent d'être cités.The present invention proposes to remedy the drawbacks which have just been mentioned.

Pour cela, elle propose une technique de battage selon laquelle on applique l'énergie de battage à l'extrémité inférieure du tube, au moyen d'un marteau spécialement aménagé.For this, it proposes a threshing technique according to which the threshing energy is applied to the lower end of the tube, by means of a specially fitted hammer.

Selon l'invention comme définie dans les revendications 1 et 7, on munit le tube, en partie basse, d'un appui latéral interne, on applique contre cet appui une tête de fonçage dont la partie supérieure est mobile dans une cage solidaire d'un marteau hydraulique ou électro-magnétique et qui est équipée d'une pointe avant de pénétration du sol, qui est en saillie à l'extrémité inférieure du tube lorsque la tête est en appui et on commande le marteau pour transmettre l'énergie de battage à la tête par l'extrémité supérieure ou par l'extrémité inférieure de la cage, selon que l'on veut enfoncer le tube ou extraire la tête.According to the invention as defined in claims 1 and 7, the tube is provided in the lower part with an internal lateral support, a driving head is applied against this support, the upper part of which is movable in a cage secured to a hydraulic or electro-magnetic hammer and which is equipped with a point before penetrating the ground, which projects at the lower end of the tube when the head is in support and the hammer is controlled to transmit the threshing energy to the head by the end upper or lower end of the cage, depending on whether you want to push the tube or extract the head.

Le tube est muni en partie basse d'un appui de battage interne latéral et transversal, laissant dégagée la majeure partie au moins de la section droite du tube.The tube is provided in the lower part with an internal lateral and transverse threshing support, leaving at least the major part of the cross section of the tube clear.

Dans des réalisations particulièrement avantageuses, l'invention présente encore une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

on interpose entre la tête de fonçage et l'appui un moyen d'amortissement qui permet de transformer la courbe de transmission de l'énergie de battage,
on interpose entre la tête de fonçage et l'appui un moyen d'accouplement qui permet de lever la tête par rapport à l'appui tout en conservant l'accouplement et qui permet aussi de désaccoupler la tête et l'appui, en sorte que l'on puisse, au choix, utiliser l'énergie de battage pour enfoncer à la fois la tête et le tube ou seulement la tête ou le tube.

In particularly advantageous embodiments, the invention also has one or more of the following characteristics:

interposed between the driving head and the support a damping means which makes it possible to transform the transmission curve of the threshing energy,
there is interposed between the driving head and the support a coupling means which makes it possible to lift the head relative to the support while retaining the coupling and which also makes it possible to uncoupled the head and the support, so that one can, as desired, use the threshing energy to drive both the head and the tube or only the head or the tube.

Cette technique et ses avantages seront décrits ci-après, en référence aux figures du dessin joint, et la description et les figures feront apparaître d'autres aspects importants de l'invention.This technique and its advantages will be described below, with reference to the figures of the attached drawing, and the description and the figures will reveal other important aspects of the invention.

Sur les figures :

la fig. 1 est une coupe axiale verticale d'un tube équipé d'un dispositif conforme à l'invention pour enfoncer le tube dans le sol;
la fig. 2 est une vue agrandie de l'extrémité inférieure du tube de la fig. 1;
la fig. 3 est une coupe axiale de l'extrémité inférieure d'un tube munie d'une tête de fonçage selon une autre variante de réalisation de l'invention;
la fig. 4 est une coupe axiale analogue à celle de la fig. 2, mais dans le cas où un amortisseur est interposé entre la tête de fonçage et l'appui de battage du tube;
la fig. 5 est une coupe axiale analogue à celle de la fig. 2, mais dans le cas où un vérin découpleur est interposé entre la tête de fonçage et l'appui de battage du tube;
la fig. 6 est une vue de détail agrandie du vérin découpleur de la fig. 5; et
la fig. 7 est un schéma montrant différentes phases d'une opération de battage du tube.

In the figures:

fig. 1 is a vertical axial section of a tube fitted with a device according to the invention for driving the tube into the ground;
fig. 2 is an enlarged view of the lower end of the tube of FIG. 1;
fig. 3 is an axial section of the lower end of a tube provided with a driving head according to another variant embodiment of the invention;
fig. 4 is an axial section similar to that of FIG. 2, but in the case where a damper is interposed between the driving head and the threshing support of the tube;
fig. 5 is an axial section similar to that of FIG. 2, but in the case where a decoupler cylinder is interposed between the driving head and the threshing support of the tube;
fig. 6 is an enlarged detail view of the decoupler cylinder of FIG. 5; and
fig. 7 is a diagram showing different phases of a tube threshing operation.

La figure 1 montre essentiellement un tube 1 dans lequel on a introduit un marteau hydraulique 3 muni d'une tête de fonçage 2.FIG. 1 essentially shows a tube 1 into which a hydraulic hammer 3 has been introduced provided with a driving head 2.

La tête de fonçage 2 est en appui sur un moyen d'appui constitué dans cet exemple par une collerette annulaire 4 formée à l'intérieur du tube 1 à proximité de l'extrémité inférieure la du tube. Cette collerette est venue de fabrication avec le tube, ou a été usinée dans le tube, ou a été rapportée sur le tube, auquel cas elle peut être dans un matériau différent de celui du tube.The driving head 2 is supported on a support means constituted in this example by an annular flange 4 formed inside the tube 1 near the lower end 1a of the tube. This flange came from manufacture with the tube, or was machined in the tube, or was attached to the tube, in which case it may be made of a material different from that of the tube.

Le tube 1 est, par exemple, en béton et la collerette 4 est fournie par un sabot annulaire 5 en acier rapporté sur le tube et qui constitue l'extrémité inférieure du tube.The tube 1 is, for example, made of concrete and the collar 4 is provided by an annular shoe 5 made of steel attached to the tube and which constitutes the lower end of the tube.

La tête de fonçage 2 est équipée d'une pointe avant 6 de pénétration qui est en saillie à l'extrémité inférieure du tube lorsque la tête est en appui sur la collerette (fig. 2). La tête est en acier, en béton, ou en un autre matériau de façon en soi connue.The driving head 2 is equipped with a front penetration point 6 which projects from the lower end of the tube when the head is in contact with the flange (fig. 2). The head is made of steel, concrete, or another material in a manner known per se.

La pointe est, par exemple, une pointe conique en acier, éventuellement remplie d'un lest.The point is, for example, a conical steel point, possibly filled with a ballast.

Le moyen pour constituer l'appui de battage interne du tube peut être plus complexe qu'une simple collerette.The means for constituting the internal threshing support of the tube can be more complex than a simple collar.

La figure 3 montre à titre d'exemple un appui constitué par un couple de crémaillères verticales opposées 7,7' qui fournissent une pluralité d'appuis étagés pour des pièces radiales 8,8' fixées à l'obturateur 2 et qui engrènent avec les crémaillères dans le sens du battage.Figure 3 shows by way of example a support constituted by a pair of opposite vertical racks 7,7 'which provide a plurality of stepped supports for radial parts 8,8 'fixed to the shutter 2 and which mesh with the racks in the direction of threshing.

Il est souvent avantageux d'interposer un amortisseur 9 continu ou discontinu, entre la tête de fonçage 2 et l'appui de battage, comme cela a été représenté par exemple sur les figures 4 à 7.It is often advantageous to interpose a continuous or discontinuous damper 9 between the driving head 2 and the threshing support, as has been shown for example in FIGS. 4 to 7.

Cet amortisseur permet de ne transmettre au tube qu'une partie de l'énergie de battage appliquée à la tête et donc de dimensionner ce tube pour la charge finale à recevoir et non pour l'effort de choc de battage à supporter.This damper makes it possible to transmit to the tube only a part of the threshing energy applied to the head and therefore to size this tube for the final load to be received and not for the threshing shock force to be supported.

Dans la réalisation des figures 5 à 7, on a interposé de plus, entre l'appui de battage 4 et la tête de fonçage 2, un vérin annulaire constitué d'un piston annulaire 10 et d'une chambre 11 contenant un fluide hydraulique et que l'on peut mettre à l'échappement.In the embodiment of FIGS. 5 to 7, there is also interposed, between the threshing support 4 and the driving head 2, an annular jack consisting of an annular piston 10 and a chamber 11 containing a hydraulic fluid and that we can put in the exhaust.

Les figures 7A, 7B, 7C, 7D illustrent le fonctionnement d'un tel dispositif.Figures 7A, 7B, 7C, 7D illustrate the operation of such a device.

Lorsque la chambre n'est pas mise à l'échappement, il y a désaccouplement entre la tête 2 et l'appui 4 et le battage de la tête fera seulement descendre la tête uniquement jusqu'à ce que le vérin soit à l'état de contraction maximale.When the chamber is not exhausted, there is a decoupling between the head 2 and the support 4 and the beating of the head will only lower the head only until the jack is in the state maximum contraction.

Lorsque le vérin est au point de contraction maximale (fig. 7A), l'admission d'huile dans la chambre 11 fera lever la tête jusqu'à ce que le vérin soit à l'état d'extension maximale (fig. 7B) et, si on ferme la chambre, le battage ultérieur de la tête provoquera la descente simultanée de la tête et du tube.When the cylinder is at the point of maximum contraction (fig. 7A), the admission of oil into chamber 11 will raise the head until the cylinder is in the state of maximum extension (fig. 7B) and, if the chamber is closed, the subsequent beating of the head will cause the head and the tube to descend simultaneously.

Si l'on a réglé la course du vérin pour qu'elle corresponde à la course de battage, la tête revient à la position qu'elle occupait avant d'être levée (fig. 7C) et tout se passe comme si, de la configuration de la figure 7A à celle de la figure 7C, la tête n'avait pas bougé et seul le tube était descendu. Si par contre, à partir de la configuration de la figure 7C où le vérin est à l'état d'extension maximale, on bat la tête tout en mettant à l'échappement la chambre du vérin, c'est la tête qui descend alors que le tube ne bouge pas (fig. 7D).If you have adjusted the stroke of the cylinder to correspond to the threshing stroke, the head returns to the position it occupied before being lifted (fig. 7C) and everything happens as if from the configuration of Figure 7A to that of Figure 7C, the head had not moved and only the tube was lowered. If, on the other hand, from configuration of FIG. 7C where the jack is in the maximum extension state, the head is beaten while exhausting the chamber of the jack, it is the head which descends while the tube does not move (fig . 7D).

Le vérin annulaire (10,11) permet donc d'utiliser l'énergie de battage pour battre seulement la tête, ou seulement le tube, ou à la fois le tube et la tête.The annular cylinder (10,11) therefore allows the use of threshing energy to beat only the head, or only the tube, or both the tube and the head.

De préférence, on utilise pour battre la tête un marteau hydraulique 3 alimenté par un ombilical 12. Ces marteaux, connus en soi (cf. par exemple les publications EP-A-0206384 et EP-A-0095801), comportent une masse frappante qui se déplace dans une chambre, dans un sens sous l'action d'un fluide hydraulique et, dans l'autre sens, sous l'action de la gravité conjuguée de préférence avec l'effet d'un fluide hydraulique.Preferably, a hydraulic hammer 3 powered by an umbilical 12 is used to beat the head. These hammers, known per se (cf. for example the publications EP-A-0206384 and EP-A-0095801), have a striking mass which moves in a chamber, in one direction under the action of a hydraulic fluid and, in the other direction, under the action of gravity, preferably combined with the effect of a hydraulic fluid.

Le marteau représenté sur les figures comporte une cage (13) solidaire du marteau et dans laquelle peut se déplacer la partie supérieure 2a de la tête de fonçage 2 prisonnière de la cage, entre une extrémité supérieure (13a) et un épaulement inférieur (13b) de la cage.The hammer shown in the figures comprises a cage (13) integral with the hammer and in which the upper part 2a of the driving head 2 can be moved, trapped in the cage, between an upper end (13a) and a lower shoulder (13b) from the cage.

Une telle structure permet d'utiliser l'énergie du marteau soit pour enfoncer la tête et le tube, soit au contraire, pour extraire la tête du tube, si l'on inverse la direction des coups.Such a structure makes it possible to use the energy of the hammer either to drive the head and the tube, or on the contrary, to extract the head from the tube, if the direction of the blows is reversed.

Dans le premier cas, c'est l'extrémité supérieure (13a) de la cage qui transmet l'énergie de battage à la tête dans le sens de l'enfoncement.In the first case, it is the upper end (13a) of the cage which transmits the threshing energy to the head in the direction of insertion.

Dans le second cas, c'est l'extrémité inférieure (13b) de la cage qui transmet l'énergie de battage à la tête dans le sens de l'arrachement.In the second case, it is the lower end (13b) of the cage which transmits the threshing energy to the head in the tearing direction.

L'invention n'est pas limitée aux moyens de réalisation qui ont été décrits.The invention is not limited to the means of embodiment which have been described.

Les marteaux hydrauliques ou électro-magnétiques permettent de réaliser des pieux courbes si la courbure du pieu est compatible avec la longueur du marteau et ne s'oppose pas à la mise en place et à l'extraction du marteau.Hydraulic or electromagnetic hammers allow curved piles to be made if the curvature of the pile is compatible with the length of the hammer and does not does not oppose the placement and extraction of the hammer.

L'invention n'est pas limitée à ces exemples de réalisation.The invention is not limited to these exemplary embodiments.

Le tube 1 pourra être utilisé tel que, s'il présente une épaisseur de paroi et une résistance suffisante, pour une fondation, où il pourra être rempli d'un matériau durcissable tel que du béton, de façon connue en soi.The tube 1 can be used such that, if it has a wall thickness and sufficient strength, for a foundation, where it can be filled with a hardenable material such as concrete, in a manner known per se.

Ce tube est réalisé en tous matériaux appropriés, et on utilise de préférence des tubes en acier ou en béton. Les extrémités des tubes sont droites ou biseautées.This tube is made of all suitable materials, and preferably steel or concrete tubes are used. The ends of the tubes are straight or bevelled.

Claims

A method of driving a tube (1) into the ground by hammering, the bottom portion of the tube being provided with an internal lateral bearing surface (4), and the method being characterized in that a pile-driving head (2) is applied against said bearing surface, the upper portion (2a) of the head being movable in a cage (13) secured to a hydraulic or an electromagnetic hammer (3), said head being fitted with a leading ground-penetrating point (6) which projects from the bottom end of the tube when the head is bearing against the bearing surface, and the hammer is controlled to transmit hammering energy to the head via the top end (13a) or the bottom end (13b) of the cage depending on whether the tube is to be driven down or the head is to be extracted.
A method according to claim 1, characterized in that the hammering energy of the head is transmitted to the tube via damping means (9) interposed between the pile-driving head (2) and the hammering bearing surface (4) for the purpose of transforming the hammering energy transmission curve and of transmitting to the tube only a fraction of the hammering energy that is applied to the head.
A method according to claim 1 or 2, characterized in that coupling means (10, 11) are interposed between the closure head (2) and said bearing surface (4), the coupling means enabling the head to be raised relative to the bearing surface while maintaining coupling, and also enabling the head to be decoupled from the bearing surface.
A method according to claim 3, characterized in that an annular actuator (10, 11) is used as the coupling means.
A method according to claim 3 or 4, characterized in that it includes stages during which the head (2) is raised upwards without moving the tube (1), and the head is then hammered to drive the tube, the head returning to the position it occupied prior to being raised.
A method according to any one of claims 3 to 5, characterized in that it includes stages during which the head (2) is decoupled from the bearing surface (4) and is hammered to drive the head without driving the tube.
Apparatus for implementing a method according to any one of claims 1 to 6, comprising a hammer (3) and means for constituting a transverse and lateral internal hammering bearing surface (4) in the lower portion of the tube (1) while leaving at least a major fraction of the right cross-section tube disengaged, the apparatus being characterized in that the hammer is a hydraulic or an electromagnetic hammer (3) suitable for being inserted in the tube and provided with a pile-driving head (2) whose top portion (2a) is movable between the top end (13a) and the bottom end (13b) of a cage (13) secured to the hammer (3), said head being fitted with a leading penetration point (6) which projects from the bottom end of the tube when the head bears against the bearing surface, said head resting on said lateral bearing surface (4) while substantially closing the bottom end of the tube, and said hammer being capable of transmitting hammering energy to the head either via the top end (13a) or else via the bottom end (13b) of the cage (13).
Apparatus according to claim 7, characterized in that said hammering bearing surface (4) is constituted by a part (5) added to the bottom end of the tube.
Apparatus according to claim 7, characterized in that said hammering bearing surface is constituted by racks (7, 7') which provide a staged plurality of bearing surfaces.
Apparatus according to any one of claims 7 to 9, characterized in that it includes damping means (9) between the hammering bearing surface (4, 7, 7') and the pile-driving head (2).
Apparatus according to any one of claims 7 to 10, characterized in that it includes coupling means (10, 11) for providing selective coupling between the head and the tube.
Apparatus according to any preceding claim, characterized in that said coupling means are constituted by an annular actuator (10, 11) interposed between the head and the hammering bearing surface.