我国高速公路沥青路面在使用期限内往往过早出现车辙、水损坏、开裂等一系列问题,路面破坏比较严重,本文从路面结构设计出发,对厚层沥青混凝土路面结构与材料设计进行研究分析。通过将沥青路面分为正常厚度沥青路面结构和厚层沥青路面结构两种,利用弹性层状理论计算程序Bisar计算分析了沥青路面面层在总厚度不变,采用不同分层条件下,沥青面层内部最大剪应力大小的变化、分布位置的变化及对面层抗车辙稳定性的影响;同时对沥青面层内部拉应力峰值大小的变化和分布位置的变化及对面层抗疲劳开裂性能的影响。结果表明,采用厚层沥青路面结构,其抗车辙稳定性和抗疲劳开裂性均得到了增强。采用旋转压实成型方法,利用正交试验设计,对厚层沥青混凝土AC-25的CA比、油石比以及设计旋转压实次数三因素进行极差和方差分析,确定了各因素对沥青混合料密实度的影响程度。通过沥青混合料密实曲线来评价沥青混合料的压实特性,采用反应压实特性的K1、K2、CEI、TDI四个参数,来评价沥青混合料在施工阶段的压实难易程度以及在使用阶段混合料被追密的难易程度,由此推荐了适用厚层沥青混凝土AC-25的最优级配。选用不同沥青混合料级配进行车辙对比实验,验证密实曲线分析结果,并对选用的沥青混合料级配进行水稳定性试验。