旧水泥混凝土路面加铺沥青层是国内应用广泛的旧水泥混凝土路面改造技术。沥青加铺层的车辙变形、低温开裂和疲劳损坏等常见的破坏形式都直接或间接的与路面结构温度的分布状况有关,路面结构的温度分布状况对于路面结构的使用性能有着重要的影响。因此,有必要开展旧水泥混凝土路面加铺沥青层路面结构温度场的研究,为沥青加铺层设计提供理论依据,提高公路路面工程质量,延长路面使用寿命。本文依托国道G321线佛山段旧水泥混凝土路面加铺沥青层路面改造工程,在实测高温期、常温期和低温期的气象数据(气温、太阳辐射和风速)和路面结构内部温度场的基础上,分析旧水泥路面加铺沥青层路面结构温度场分布规律,发现沿路面深度方向,温度、日较差、温度梯度和变温速率呈非线性分布并出现变化幅度减小、变化相位滞后的现象。从气象学和传热学角度阐述了旧水泥混凝土路面加铺沥青层路面结构温度场的主要影响因素:气温是影响全天路面温度的主要因素,太阳辐射是影响白天有太阳辐射时段路面温度的主要因素,风速对路面温度的影响不能忽略。深入剖析路面热传导方程以及各类边界条件,为建立路面温度场预估模型奠定理论基础。采用量纲分析法,借助正态分布函数、双正弦函数分别模拟太阳辐射累计值和气温随时间变化曲线,根据路面结构温度的滞后和衰减规律引入修正系数,分别建立旧水泥混凝土路面加铺沥青层路面结构在高温期、常温期和低温期关于太阳辐射、气温和风速的温度场理论-经验预估模型,验证结果表明该模型预测精度高,可在工程中应用。考虑太阳辐射、空气对流换热和空气辐射换热等3种路表与外界热交换的形式,采用传热学原理建立自然环境下路面结构一维时变温度场理论预估模型。应用基于最小二乘近似的内插三角函数多项式拟合一定周期的气温和太阳辐射强度,据此确定路表边界条件。利用拉普拉斯变换及高斯积分法数值反演得出预测多层路面结构体系的一维时变温度场的解析解。该模型较好地预测了旧水泥混凝土路面加铺沥青层路面结构温度场分布规律。