2.2.1 纵断面
沿着道路中线竖直剖切然后展开即为路线的纵断面。由于自然因素的影响以及经济性要求，路线纵断面总是一条有起伏的空间线。在纵断面图上有两条主要的线：一条是地面线，它是根据中线上各桩点的高程面点绘的一条不规则的折线，反映了沿着中线地面的起伏变化情况；另一条是设计线，它是设计人员经过技术、经济以及美学等多方面比较后定出的一条具有规则形状的几何线，反映了道路路线的起伏变化情况。纵断面图是道路纵断面设计的主要成果，也是道路设计的技术文件之一。把道路的纵断面图与平面图结合起来，就能准确地定出道路的空间位置。
1.纵断面图标高
纵断面设计线是由直线和竖曲线组成的。直线（均匀坡度线）有上坡和下坡，是用坡度和水平长度表示的。在直线的坡度转折处，为平顺过渡应设置竖曲线，按坡度转折形式的不同，竖曲线有凹有凸，其大小用半径和水平长度表示。
路线纵断面图上的设计标高，即路基设计标高，《规范》规定如下。
（1）新建公路的路基设计标高。
高速公路和一级公路采用中央分隔带的外侧边缘标高，二、三、四级公路采用路基边缘标高，在设置超高、加宽地段为设超高、加宽前该处边缘标高。
（2）改建公路的路基设计标高。
一般按新建公路的规定办理，也可视具体情况而采用行车道中线处的标高。
2.坡度与坡长的定义
坡度是变坡点高程差与相邻变坡点水平距离的比值，坡长是指两变坡点的水平距离。
式中，i为坡度，%；Δh为变坡点高程差；L为水平距离。
通常认为上坡为正值，下坡为负值。
3.最大纵坡
最大纵坡是指在纵坡设计时，各级道路允许采用的最大坡度值，它是道路纵断面设计的重要控制指标。在地形起伏较大地区，其直接影响路线的长短、使用质量、运行成本及造价。
各级道路允许的最大纵坡是根据汽车的动力特性、公路等级、自然条件以及工程和运营等因素，通过综合分析合理确定的。
（1）汽车的动力特性。
不同类型的车辆具有不同的动力特性和制动性能，其上坡时的爬坡能力和下坡时的制动性能也各不相同。按照道路上行驶的车辆类型及其所具有的动力特性来确定汽车在规定速度下的爬坡能力和下坡的安全性，是确定道路最大纵坡的常用方法。
（2）道路等级。
不同的道路等级对应于不同的设计速度，等级高时通行能力大，要求的行车速度也快，相应地其纵坡要求小。因而不同等级、性质的道路，其最大纵坡的限制值也不一样。在确定最大纵坡时，必须把保证各等级道路具有规定的设计速度作为前提。
（3）自然条件。
公路所经地区的地形起伏情况、海拔高度、气温、降雨、冰雪等自然因素对汽车的行驶条件和爬坡能力都会产生影响。处于长期冰冻地区的道路就必须避免采用陡坡，以防止行车下滑等不安全因素的产生。
确定最大纵坡时，不仅要考虑上述三方面因素，还要考虑工程和运营的经济性等。
4.最小纵坡
在挖方路段、设置边沟的低填方路段和其他横向排水不畅的路段，为了保证排水，防止水渗入路基而影响路基的稳定性，应设置不小于0.3%的纵坡（一般情况下以不小于0.5%为宜）。当然，对于干旱地区，以及横向排水良好、不产生路面积水的路段，可不受此限制。
5.坡长限制
若纵断面上变坡点过多，从行车来看，纵向起伏变化频繁，会使车辆行驶频繁颠簸，影响了行车的舒适和安全；从线形几何构成来看，相邻边坡点之间的距离不宜过短，最短应不小于相邻竖曲线的切线长，以便插入适当的竖曲线来缓和纵坡的要求，这也是平、纵面线形的合理组合与布置。因此，从行车的平顺性和线形几何的连续性考虑，纵坡都不宜过短。
坡长太短，对行车不利，而长距离的陡坡对汽车行驶也很不利，特别是当纵坡坡度为5%以上时，汽车上坡为克服坡度阻力，采用低速挡行驶。坡长过长，长时间使用低速挡行驶会使发动机过热，水箱沸腾，行驶无力：而下坡时，则因坡度过陡、坡段过长频繁制动，影响行车安全。在高速公路以及快慢车混合行驶的公路上，坡度过大、坡长过长会影响行车速度和通行能力，因此对纵坡长度也必须加以限制。
6.平均纵坡
在进行路线纵坡设计时，若地形困难、高差很大，设计时可能不断交替地运用最大纵坡和缓和坡段，形成所谓的“台阶式”纵断面，不能保证使用质量。汽车在这样的坡段上行驶，上坡会长时间地使用二挡，造成发动机长时间发热，导致车辆水箱沸腾，下坡则频繁制动，驾驶员紧张驾驶，也易引起不良后果。因此有必要从行车舒适和安全的角度来控制纵坡平均值，这样既可保证路线的平均纵坡不致过陡，也可以避免局部地段使用过大的平均纵坡。
为了合理地运用最大纵坡、坡长限制和缓和坡段的规定，保证纵坡均衡匀顺，确保行车安全和舒适，《标准》规定：二级、三级、四级公路越岭路线相对高差为200～500m时，平均纵坡以接近5.5%为宜；越岭路段相对高差大于500m时，平均纵坡以接近5.0%为宜，并注意任何相连3km路段的平均纵坡不宜大于5.5%。平均纵坡计算见下式：
式中，H为相对高差，m；L为路线长度，m。
7.合成坡度
合成坡度是指在设有超高的平曲线上，路线纵坡与超高横坡所组成的坡度。合成坡度按照下式计算：
式中，I为合成坡度；i为路线纵坡度；ih为超高横坡度。
实践证明，合成坡度对于控制急弯和陡坡组合的路段纵坡设计是非常必要的。在条件许可时，以采用较小的合成坡度为宜。
8.竖曲线设计
（1）竖曲线的定义。
纵断面上两坡段的转折处，为了行车安全、舒适以及视距的要求，需要用一段曲线缓和，称为竖曲线。竖曲线的线形有用圆曲线的，也有用抛物线的。在公路使用范围内，圆曲线和抛物线几乎没有差别，但是设计和计算上，抛物线则比圆曲线方便得多，因此设计上一般采用二次抛物线作为竖曲线。
（2）竖曲线的最小半径。
在纵断面设计中，竖曲线的设计受众多因素影响，其中有三个主要因素限制着竖曲线的最小半径和最小长度。
①缓和冲击。汽车行驶在竖曲线上时，产生径向离心力。这个力在凹形竖曲线上是增重，在凸形竖曲线上是减重。这种增重与减重达到某种程度时，旅客就有不舒适的感觉，同时对汽车的悬挂系统也有不利影响，所以在确定竖曲线半径时，对离心加速度应加以控制。
②时间行程不可过短。汽车从直坡道行驶到竖曲线上，尽管竖曲线半径较大，当坡角很小时，竖曲线长度也很短。如长度过短，汽车速度大，驾驶员容易产生变坡很急的错觉，乘客也会感到不舒适。因此，汽车在竖曲线上的行程时间不可过短，最短应满足3s。
③满足视距的要求。若道路为凸形或凹形竖曲线，当半径太小时，会阻挡驾驶员的视线。对地形起伏较大地区的道路，在夜间行车时，若竖曲线半径过小，前灯照射距离近，会影响行车安全；如果城市道路路线桥、门式交通标志及广告宣传牌等处在凹形竖曲线上方，也会影响驾驶员的视线。因此为了保证行车安全，对竖曲线的最小半径和最小长度应加以限制。