本文以长沙市武广片区道路为依托工程,通过对国内外级配碎石层应用于路面结构相关技术的调查、分析和总结,采用室内试验和施工现场试验相结合、工程应用与后期跟踪检测相结合、理论分析和三维有限元数值分析相结合等技术手段,对级配碎石层应用于典型道路路面结构以及与我国传统的半刚性基层路面结构的性能差异进行了相关研究。首先,对级配碎石的级配设计方法进行了研究。借鉴国内外级配碎石应用的成功经验,根据我国规范及级配控制点的要求,设计了三种连续型级配的级配碎石。依托贝雷法设计Coarse-graded型混合料的模型,结合一定的目标级配约束条件,建立线性规划模型,设计了一种骨架密实型级配的级配碎石。其次,对级配碎石的性能进行了研究。对以上四种级配的级配碎石,提出了级配参数的概念,并对其重点进行了原材料、最大干密度、最佳含水量、空隙率、CBR值、回弹模量的性能试验,分析了级配参数与性能之间的关系。最后,利用大型有限元分析软件建立路面结构的三维模型,充分考虑了级配碎石层的弹塑性,对柔性结构、倒装结构、加厚的四合料基层结构及水泥稳定砾石基层结构这四种路面结构在单次平面均布矩形荷载作用下的力学响应进行了分析;通过变化结构层厚度和回弹模量,对四种路面结构的力学指标峰值进行了敏感性分析。对比分析了路表弯沉的现场检测值与有限元分析值之间的差异。提出了改进路面结构与材料性能的建议及对下一步研究工作的开展提出了相关建议。