为研究纤维类型、纤维掺量、油石比、矿粉掺量对SMA-13型石墨烯复合橡胶改性沥青(GRA)混合料路用性能的影响规律,选取单轴贯入强度、流变次数、半圆弯曲试验断裂能及冻融劈裂强度比为性能评价指标,利用正交试验,通过极差分析法和方差分析方法,开展GRA混合料性能优化研究。结果表明:GRA混合料配合比设计选择颗粒状木质纤维,纤维掺量为0.2%,油石比为6.1%,矿粉掺量8%时,其各项性能指标达到最优,通过甘肃某一级公路试验段验证,该性能优化设计能满足路用性能要求;对比-10℃和25℃的断裂能对各因素的影响,发现低温开裂对于矿粉掺量更敏感,疲劳开裂对于油石比的变化更敏感。