随着我国交通事业的不断发展,沥青路面的使用性能越来越受到人们的重视。但沥青路面在使用过程中,往往未达到使用年限就出现大量的疲劳开裂、车辙、沉陷、平整度不足等病害,严重影响了沥青路面的使用性能。因此如何提高沥青路面使用性能、延长路面使用寿命,已成为当前应考虑的重大问题。在这种背景下深入开展基于使用性能的沥青路面面层结构与材料优化研究具有重要意义。为此,本文针对沥青路面使用性能的早期破坏,以实现沥青路面面层材料合理改性、面层结构合理组合,完善沥青路面设计方法,提高沥青路面的使用性能为目的。主要对以下几个方面的内容进行了研究：(1)系统调查了陕西省各级公路沥青路面结构和材料组成,得出了陕西省各级公路沥青路面的结构与材料组成特点。(2)以延吴二级公路为依托,对典型二级公路路面结构进行了系统的力学特性分析,确定了典型二级公路沥青面层的抗疲劳区、抗车辙区和抗低温缩裂区,提出了二级公路沥青路面各面层的层位功能和合理厚度。(3)通过系统室内试验,对比分析了不同上、下面层常用改性沥青混合料的路用性能；提出了基于区间逼近法的上、下面层沥青混合料的合理改性方案；提出了沥青路面下面层材料的合理组成与配合比设计方法。(4)通过进行不同面层材料组合和不同面层结构组合的车辙试验,得出了二级公路沥青路面上、下面层典型的材料组成和结构组合；首次提出了基于车辙仪改进的沥青路面基面层疲劳模拟试验方法,并进行了不同荷载、不同面层结构组合以及不同面层材料组合的疲劳模拟试验,得到了不同因素对沥青路面面层疲劳反射裂缝的影响；推荐了基于使用性能的二级公路沥青路面的典型结构；并运用全寿命周期费用分析法对比分析了推荐路面结构与原路面结构的工程经济性。(5)通过对比国内外现行沥青路面设计控制指标,确定了路面结构与材料一体化的设计控制指标与标准；提出了用车辙、低温缩裂、疲劳等三大指标,研究分析沥青路面的各结构层层位功能,并确定了各指标对应的轴载换算方法；对沥青路面各结构层的层位功能进行了分析,并提出了基于层位功能的沥青混合料的组成要求；最后结合我国传统沥青路面设计方法,提出了沥青路面结构设计与材料设计一体化的设计步骤。