我国大部分高速公路为半刚性基层沥青路面结构，这种路面结构容易引发各种病害。应用级配碎石基层沥青路面可以有效改善高速公路结构性能，具有良好的发展和应用前景。首先针对级配碎石基层沥青路面进行力学分析，采用正交方法对影响路面受力状态的结构参数进行敏感性分析，再以主要影响因素为变量进行深入分析，探讨各指标的变化规律，为级配碎石沥青路面结构设计提供参考。通过ANSYS软件建立带裂缝的级配碎石基层沥青路面三维有限元模型，研究对称荷载作用下张开型裂缝的应力强度因子随各结构层参数变化的规律，得到级配碎石基层可以有效抑制半刚性基层反射裂缝的结论。然后对级配碎石基层沥青路面设计方法进行研究，确定控制级配碎石基层沥青路面发生破坏的四个设计指标，即面层层底弯拉应变、土基顶面的竖向压应变、半刚性基层层底的弯拉应力以及级配碎石基层层顶的竖向剪切应力，推荐基于交通等级的级配碎石基层沥青路面的典型结构，供实际应用中参考。进一步将理论研究应用于张石高速试验路工程，通过埋设压力盒及应变片等方法来检测道路实际使用性能，验证理论分析结果的可靠性与所提典型结构的实用性和可行性，达到理论与实际的相互统一，为高速公路级配碎石基层沥青路面结构在全国范围内的推广应用提供理论支持和技术参考。最后通过利用全寿命周期费用分析方法进行经济效益分析，虽然级配碎石基层沥青路面的初期造价较高，但是级配碎石基层沥青路面的寿命周期总费用低于半刚性基层沥青路面，且经济分析期越长，级配碎石基层的经济优越性越明显。鉴于此，高速公路级配碎石基层沥青路面具有很好的经济和社会效益。