在我国已建成的高速公路中,大部分采用了半刚性基层沥青路面结构,但是半刚性基层在温度和湿度变化作用下容易产生收缩开裂,从而导致沥青面层内产生反射裂缝,进而诱发其它病害。针对这种情况,本文就级配碎石基层沥青路面、设有级配碎石过渡层的半刚性基层沥青路面展开了研究。在规范推荐的骨架密实型级配碎石基础上,通过填充试验,对骨架结构进行了优化;通过CBR、车辙试验等检验其力学性能;并研究了粉煤灰外掺剂的作用。结果表明设计级配具有较好的力学性能,适量粉煤灰可明显改善级配碎石的流动性、粘聚性和保水性。通过室内动三轴试验,研究围压、偏压、级配、含水量等因素对级配碎石模量的影响,并研究了级配碎石的抗剪强度与抵抗永久变形的能力。结果表明骨架密实结构的模量、抗剪强度以及抵抗永久变形能力均优于悬浮密实结构,围压越高,级配碎石的各项力学性能越好。利用KENLAYER路面设计程序,通过选取不同的结构参数,对级配碎石基层沥青路面以及设有级配碎石过渡层的半刚性基层沥青路面分别进行结构受力分析,研究了不同参数对结构受力影响。结果表明沥青层厚度变化对结构层受力影响较大。根据路面结构受力分析的结果,对不同结构层材料提出基于使用性能的要求;并参考国外沥青路面设计方法,提出以沥青层底拉应变、土基顶部压应变、半刚性基层底部拉应力为指标的沥青路面设计方法,给出了对应不同交通等级的各指标的容许值。根据试验路的工程实践,研究了级配碎石的施工工艺及质量控制方法。