公路建設(shè)表土資源保護(hù)利用成本及效益研究
——以廣東省清云高速為例

文 /王劍 王倜 陳學(xué)平 程睿 吳昊柱

1.引言

表土指表層部位的土壤，表土包括自然土壤中的腐殖質(zhì)層、含枯枝落葉層以及耕作土壤中的耕作層[1]，其厚薄因土壤類型而異，是泥土中含有最多有機(jī)質(zhì)、植物種子和微生物的地方，為一種稀缺的、不可再生的、具有重要生態(tài)價(jià)值的自然資源。對于維護(hù)生態(tài)平衡，加速植被恢復(fù)有重要價(jià)值[2][3]。公路的建設(shè)不可避免地變更原有土地的功能，尤其是路基清表施工往往將清除的表土作為廢棄物堆放堆棄于渣場，占用土地，影響景觀，并容易形成水土流失，造成了對天然肥力較高的土壤資源的巨大浪費(fèi)，對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)與安全也不利[4]。

國外發(fā)達(dá)國家對表土資源保護(hù)非常重視，已形成了較為成熟的方法手段和體制制度[5]。隨著國內(nèi)資源保護(hù)意識的增強(qiáng)，公路環(huán)保等相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者也逐漸意識到表土資源對于生態(tài)恢復(fù)的重要性，在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定[6][7]、保護(hù)對策措施[8-10]、表土剝離技術(shù)[11-14]、表土資源利用[15][16]等方面都進(jìn)行了較為深入地研究，取得了可貴的經(jīng)驗(yàn)和成果。

綜上所述，公路建設(shè)表土資源保護(hù)利用的相關(guān)研究集中在對策和保護(hù)利用，但是對于保護(hù)利用的綜合成本和效益方面的研究卻未見報(bào)道。由于上述研究的缺失，造成現(xiàn)階段公路建設(shè)中表土資源保護(hù)和利用的工程定額預(yù)算無法制定，相關(guān)施工始終無法納入工程預(yù)算執(zhí)行范圍；同時(shí)表土資源保護(hù)產(chǎn)生的效益也沒有定量數(shù)據(jù)可參考衡量。因此，目前對表土資源的保護(hù)利用重視程度還不夠高，公路建設(shè)單位和施工單位對開展表土保護(hù)利用也缺乏積極性。本文研究計(jì)算和分析了廣東省在建的清云高速公路開展表土資源保護(hù)與利用全過程的成本和效益，研究成果能夠?yàn)楣こ虒?shí)踐中表土資源保護(hù)的管理、標(biāo)準(zhǔn)及定額制訂等提供理論與實(shí)踐支撐。

2.依托工程及研究方法

2.1 依托工程概況

清云高速公路位于珠三角西部地區(qū)外圍，是廣東省高速公路網(wǎng)規(guī)劃的“第二橫”——汕頭至湛江高速公路的重要組成部分。項(xiàng)目起點(diǎn)為清遠(yuǎn)市清新縣，終點(diǎn)在云浮新興縣接規(guī)劃的汕湛高速公路云浮至湛江段，路線全長約157 km。清云高速公路跨越北部山區(qū)，自然生態(tài)環(huán)境良好，部分路段途經(jīng)廣東省劃定的生態(tài)功能嚴(yán)控區(qū)，生態(tài)環(huán)境保護(hù)要求很高。

2.2 研究方法

研究采取了施工現(xiàn)場實(shí)時(shí)記錄、施工臺班統(tǒng)計(jì)和測算的方法，力求相關(guān)計(jì)算結(jié)果能夠與工程實(shí)踐相吻合。

3.研究結(jié)果

3.1 表土剝離成本

表土剝離深度約為20～30 cm，單獨(dú)進(jìn)行表土挖掘會造成挖掘效率降低、增加工程油耗及臺班費(fèi)用。為明確具體增加的費(fèi)用，研究統(tǒng)計(jì)了清云高速公路1天的表土剝離臺班費(fèi)用。統(tǒng)計(jì)信息見下表。

表1 表土剝離施工臺班成本統(tǒng)計(jì)分析表

通過觀測記錄表可知，小松PC200-6與SY235c-9挖掘機(jī)，施工油耗17～18 L/h，全天工作6 h（不含路上與午休時(shí)間），一日油耗分別為170 L與70 L。直接成本構(gòu)成：油耗1363元、人工500元、機(jī)械660元，總計(jì)約2500元（1363+200+660）。施工效率：清表面積5000 m2，剝離土方量1000 m3，平均成本約 2.5 元 /m3。

根據(jù)公路工程施工定額，挖裝土、石方成本為2.023元/m3（2.0 m3的挖掘機(jī)斗容量）～2.234元/m3（1.0 m3的挖掘機(jī)斗容量）～2.273元/m3（0.6 m3的挖掘機(jī)斗容量）[17]。本項(xiàng)目中按原2.234元/m3（1.0 m3的挖掘機(jī)斗容量）計(jì)算，增加成本0.266元/m3（2.5元/m3－2.234元/m3），即增加幅度11.9%，折合到每1000 m3增加成本119元，施工地形為山前洼地。沖積成土，該表土剝離成本適用于農(nóng)地及園地類型。

考慮到山坡地帶表土層較薄，需要采用人工方式開展表土剝離，按照公路工程預(yù)算定額中機(jī)械費(fèi)用的1.15倍計(jì)算，則平均成本為2.875元/m3，折合到每1000 m3為2875元，較不保護(hù)表土情形增加幅度28.7%，增加成本641元，該成本基本適用于林地類型。總體上在該區(qū)域，表土剝離成本在2.5元/m3～2.875元/m3（1.0 m3的挖掘機(jī)斗容量）。

表2 表土（20 mm）篩分處理成本構(gòu)成分析

3.2 表土運(yùn)輸成本

表土可以運(yùn)輸?shù)綄ｉT的棄土場，但是會產(chǎn)生運(yùn)輸費(fèi)用；考慮后期利用時(shí)，還可以就近堆放于路基臨近區(qū)域，從而節(jié)省運(yùn)輸成本。按照8T自卸式載貨汽車計(jì)算，平均運(yùn)輸?shù)蕉淹翀? km運(yùn)距計(jì)算，根據(jù)公路工程概算定額，其成本為基價(jià)4.952元/m3+ 增運(yùn)價(jià)0.686元/m3×（4 km/0.5 km）= 10.44元/ m3，總成本為10440元/1000 m3。這種情形需要通過科學(xué)布置表土堆放場位置，實(shí)現(xiàn)永臨結(jié)合，從而獲得效益。

3.3 表土處理成本

3.3.1 不同孔徑的機(jī)械篩分率

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查分析，表土中多含有植物根莖殘?bào)w，甚至較大的碎石塊等雜質(zhì)，用作噴播基材時(shí)需要20 mm孔徑的機(jī)械篩分處理，篩分率一般在70%～90%，質(zhì)量不高的表土篩分率尚不及70%。若用于面層噴薄則需要5 mm孔徑的機(jī)械篩分處理，篩分率僅40%左右。

3.3.2 表土篩分成本分析

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，按照邊坡客土噴播要求，對表土進(jìn)行20 mm孔徑篩分增加的成本進(jìn)行了簡單分析，結(jié)果顯示表土綜合成本為33.35元/m3。根據(jù)現(xiàn)場對綠化施工單位調(diào)查可知，外運(yùn)土方成本多為25元/m3。因外運(yùn)土方多為不含雜質(zhì)的心土或母質(zhì)土，一般無需篩分處理直接用于噴播基材配置。因此，20 mm表土相對外購?fù)脸杀驹黾蛹s33.4%。如果需要篩分5 mm 表土用于客土噴播面層，成本會增加更多，經(jīng)計(jì)算約78.13元/m3，但面層客土噴播的表土用量不大，因此整體增加成本仍以20 mm表土篩分為主。

3.4 表土利用成本

主要分析了利用表土替代常規(guī)種植土進(jìn)行綠化施工所產(chǎn)生的主要成本變動(dòng)。本次成本變動(dòng)計(jì)算從簡，僅考慮巖質(zhì)上邊坡客土噴播、劣質(zhì)下邊坡回填綠化、取棄土場回填綠化三種恢復(fù)形式中材料種類和用量變動(dòng)的個(gè)別關(guān)鍵子項(xiàng)，其他成本構(gòu)成按未有變動(dòng)計(jì)，也未考慮因施工工序增加造成的施工效率降低所增加的其他成本。

3.4.1 巖質(zhì)上邊坡客土噴播成本分析

上邊坡表土噴播主要是將原客土噴播基材配置中的外購種植土替換為表土，同時(shí)適當(dāng)減少有機(jī)肥、復(fù)合肥、種子等用量，配置表土噴播基材。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用情況，對用于上邊坡的表土與外購?fù)量屯羾姴スに嚦杀具M(jìn)行了簡單地分析對比，結(jié)果顯示表土噴播6 cm相對外購?fù)量屯羾姴? cm，節(jié)約成本3.38元/m2，即節(jié)約6.38%的成本（原客土單價(jià)計(jì)53元/m2）。

盡管表土噴播能夠節(jié)約一定的成本，但表土噴播會增加施工工序，造成施工效率降低，可能增加額外成本，研究并未考慮此因素。因此，利用表土進(jìn)行客土噴播和外購?fù)量屯羾姴スに嚦杀鞠嗖畈淮蟆?/p>

3.4.2 劣質(zhì)下邊坡回填綠化成本分析

針對部分區(qū)段的炭質(zhì)板巖、粉砂巖等劣質(zhì)填方邊坡，將原回填普通土方噴播植草工藝改為回填3cm表土，再結(jié)合噴播植草作業(yè)進(jìn)行植被防護(hù)。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，進(jìn)行了簡單地成本分析對比，結(jié)果顯示回填表土3 cm+噴播植草相對回填土方噴播植草工藝，增加成本1.04元/m2，即增加11.4%的成本。同樣，分析過程并未考慮施工工序增加造成施工效率降低，成本進(jìn)一步增加的因素。

表4 上邊坡表土噴播成本分析

3.4.3 取棄土場恢復(fù)表土利用

高速公路沿線的棄（?。┩翀鲆话憔嚯x剝離區(qū)較近，因此表土資源剝離后，臨時(shí)堆放地可直接選在場地邊上，后期利用表土就地進(jìn)行恢復(fù)作業(yè)基本無需轉(zhuǎn)運(yùn)，其成本主要是機(jī)械臺班費(fèi)用。結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際應(yīng)用情況，復(fù)墾一畝取棄土場約1000元/畝。若采用購?fù)练绞?，其成本按?5元/m3計(jì)算，按照回填30 cm厚度，200 m3，恢復(fù)成本為5000元/畝?？梢姴捎帽硗吝M(jìn)行恢復(fù)，其成本節(jié)約為80%。

3.5 表土保護(hù)利用效益分析

表土的保護(hù)利用產(chǎn)生的效益主要包括經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。其中經(jīng)濟(jì)效益主要包括利用表土能夠節(jié)省的外購?fù)痢⒎柿系荣M(fèi)用，以及減少的占地費(fèi)用，是最直觀的經(jīng)濟(jì)效益，能夠定量估算。生態(tài)效益主要為表土保護(hù)及利用減少的水土流失、生態(tài)退化等現(xiàn)象產(chǎn)生的長期環(huán)境效益，短期內(nèi)暫不能定量估算。

3.5.1 外購?fù)撂娲б娣治?/p>

表土利用減少了外購?fù)翉亩?jié)約了綠化成本，按照25元/m3的當(dāng)?shù)赝赓復(fù)脸杀?、平均運(yùn)距5 km計(jì)算，可節(jié)省費(fèi)用25000元/1000 m3。此部分效益已在表土利用成本里進(jìn)行了計(jì)算。

3.5.2 養(yǎng)分性能替代效益分析

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，外購?fù)练揭话銥橥诰虍?dāng)?shù)氐某嗉t壤，由于挖掘深度較深，通常不會選擇表層土壤，以避免篩分，主要為礦物質(zhì)土壤，其粒徑結(jié)構(gòu)良好，便于施工操作，但沒有或較少有土壤種子庫，由于外購?fù)练脚c保護(hù)表土在養(yǎng)分上有較大差異，研究以土壤中有機(jī)質(zhì)碳的施用成本進(jìn)行同等分析。按照改良肥力需要的有機(jī)碳價(jià)格計(jì)算，相關(guān)表土的碳密度12 kg/m3，12 t/1000 m3，換算成有機(jī)質(zhì)20.6 t/1000 m3，若通過施用有機(jī)肥進(jìn)行土壤改良，按有機(jī)肥有機(jī)質(zhì)含量35%，600元/t，則為12000元/1000 m3?？紤]到表土中N、P元素是植被恢復(fù)的限制因子，由于其來源相對較易，其成本按照有機(jī)碳的1/4估算，而生土有機(jī)質(zhì)養(yǎng)分一般僅為表土1/10 左右，參照表土肥力水平用生土進(jìn)行同等改良養(yǎng)分成本為15000元/1000 m3。在施用有機(jī)肥進(jìn)行土壤改良時(shí)，還會有人工拌和，根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，其攪拌機(jī)臺班費(fèi)、人工費(fèi)等大致按照5元/ m3的拌和成本估算，相關(guān)成本為5000元/1000 m3。

綜合表土養(yǎng)分與拌種成本，相較采用外購方式并通過施用有機(jī)肥進(jìn)行改良，表土養(yǎng)分利用的收益為20000元/1000 m3。

3.5.3 節(jié)約占地效益分析

當(dāng)表土利用取棄土場地進(jìn)行堆貯時(shí)，會增加少量征地、場地處理、臨時(shí)攔擋與覆蓋防護(hù)等費(fèi)用。如果將表土盡快就近利用，或者利用公路征地范圍內(nèi)土地采用永臨結(jié)合方式進(jìn)行堆貯時(shí)，無需額外征地，可節(jié)約成本費(fèi)用產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。主要效益分析如下。

（1）場地租金

項(xiàng)目區(qū)主要采用洼地型堆放方式，征地費(fèi)用按照2000元/畝計(jì)，平均堆放深度達(dá)到4 m計(jì)算，每畝表土堆放場堆放方量為2664 m3，平均堆放與周轉(zhuǎn)期限2年，場地租金為4000元/1000 m3。

表5 下邊坡表土回覆3 cm+噴播植草成本分析

表6 取棄土場恢復(fù)成本構(gòu)成分析

（2）場地臨時(shí)攔擋與覆蓋

攔擋與覆蓋是水土保持法律要求執(zhí)行內(nèi)容，故表土保護(hù)并不會額外增加費(fèi)用。由于表土中富含種子庫，合理攔擋與利用可直接由種子庫萌發(fā)進(jìn)行覆蓋，從而減少覆蓋材料費(fèi)用（三維網(wǎng)或無紡布）0.5元/ m2，材料費(fèi)與人工費(fèi)總計(jì)1元/m2，節(jié)省成本增加的效益500元/1000 m3（堆土場邊坡與覆蓋交疊增加100%計(jì)）。

由以上可知，采取表土利用等措施，可產(chǎn)生的減少占地經(jīng)濟(jì)效益為4500元/1000 m3。

3.6 綜合效益分析

將表土保護(hù)利用的成本及產(chǎn)生的效益進(jìn)行了綜合計(jì)算，并針對邊坡、取棄土場兩個(gè)公路主要綠化位置進(jìn)行了綜合成本效益分析。由于綠化工程通常是按照面積進(jìn)行計(jì)量的，將土方量按照覆蓋面積進(jìn)行估算，邊坡客土噴播按照平均8 cm的厚度計(jì)量，每1000 m3噴播面積12500 m2；取棄土場復(fù)墾回填深度按照30 cm填土計(jì)量，每1000 m3復(fù)墾面積1650 m2?？捎?jì)算出表土保護(hù)利用的綜合效益。

可以看出，取棄土場等臨時(shí)用地的表土利用恢復(fù)產(chǎn)生的綜合效益最高，能達(dá)到5790元/畝的成本節(jié)約，而進(jìn)行表土客土噴播利用會增加成本支出，約9000元/畝。表土保護(hù)與利用仍然有相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)效益，尤其是在取棄土場等臨時(shí)用地恢復(fù)方面。表土客土噴播利用主要成本集中在處理和運(yùn)輸方面，如果通過合理規(guī)劃堆放場地，也能夠?qū)崿F(xiàn)正向經(jīng)濟(jì)效益。

4.結(jié)論

4.1 表土保護(hù)利用全過程不同程度地增加成本

表土的剝離、運(yùn)輸、堆放、處理、利用全過程均會增加額外成本。其中表土的剝離施工由于增加了工序、施工精細(xì)化程度提高導(dǎo)致成本增加；表土的運(yùn)輸和堆放相應(yīng)增加成本；表土利用前會根據(jù)綠化需要進(jìn)行過篩處理，不同孔徑的過篩處理會增加人力和機(jī)械成本；表土利用主要是取代常規(guī)種植土進(jìn)行客土噴播、回填等綠化利用，增加的成本為肥料、添加劑等。

表8 表土保護(hù)與利用綜合效益分析（按1000 m3表土計(jì)算）

通過在清云高速現(xiàn)場實(shí)際測算得出，表土運(yùn)輸和處理為成本主要增加項(xiàng)。20 mm孔徑篩分處理表土的成本為33.35元/m3，增加成本8元/m3處理成本；表土運(yùn)輸總成本約10000元/1000 m3?？梢姳硗恋暮Y分和土方運(yùn)輸成本很高，尤其是細(xì)顆粒表土，這也是部分施工單位不愿采用表土的重要原因。表土剝離增加成本約641元/1000 m3，增加幅度不大，主要是增加精細(xì)化施工成本，尤其對挖土深度有具體要求。公路施工的工程定額[17]中也有關(guān)于清除表土的定額，但是主要將表土作為一種工程土壤進(jìn)行處理，施工方式相對比較粗糙，剝離定額預(yù)算偏低。

4.2 表土利用施工總成本與外購?fù)脸制?/h3>

通過在清云高速現(xiàn)場實(shí)際測算得出，表土經(jīng)過篩分、添加肥料和添加劑等一系列處理后，用于客土噴播、噴播植草的施工成本與外購種植土進(jìn)行綠化施工的成本基本持平，基本不會導(dǎo)致施工預(yù)算的增加。如果用于取棄土場等臨時(shí)用地恢復(fù)成本可節(jié)約80%左右，這是由于表土處理、運(yùn)輸成本較低，成本主要為機(jī)械臺班。因此表土利用是否造成經(jīng)濟(jì)效益大幅度降低要通過綜合成本計(jì)算得出并進(jìn)行參考。表土保護(hù)利用的成本應(yīng)重點(diǎn)考慮降低運(yùn)輸和處理成本。

4.3 表土保護(hù)利用總成本可降低空間大

表土運(yùn)輸成本能夠通過合理規(guī)劃堆放場地布局、永臨結(jié)合等方法，實(shí)現(xiàn)最大程度降低運(yùn)距和運(yùn)輸量，10000元/1000 m3的運(yùn)輸成本還可以大幅度降低；加快表土的利用能夠?qū)崿F(xiàn)占地成本減少，其中的場地租賃和管理費(fèi)4500元/1000 m3可直接轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟(jì)效益。

4.4 表土保護(hù)利用效益顯著

表土保護(hù)利用效益主要體現(xiàn)在近期經(jīng)濟(jì)效益和長期的生態(tài)效益。其中的經(jīng)濟(jì)效益主要包括替代種植土外購、養(yǎng)分替代效益、減少占地效益等方面，通過計(jì)算均能產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益。在成本和效益綜合分析后可以看出，目前表土用于客土噴播綠化等，可能會增加9000 /畝的成本投入，但是用于取棄土場等臨時(shí)用地復(fù)綠則可以減少5790 /畝的成本，主要是用于臨時(shí)用地的表土不需經(jīng)過轉(zhuǎn)運(yùn)和復(fù)雜的處理。目前表土保護(hù)利用增加的成本可采取相應(yīng)的對策進(jìn)行最大程度降低。

研究的計(jì)算結(jié)果基于廣東地區(qū)林地表土保護(hù)和利用實(shí)踐，可為其他類型、其他地區(qū)的表土保護(hù)施工成本、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和對策的制定提供基礎(chǔ)參考。研究還將進(jìn)一步對如何降低表土的運(yùn)輸及處理成本進(jìn)行深入探索。