本发明公开了一种水下混凝土灌注装置和施工方法及其在超大深水沉井基础中的应用。本发明所述水下混凝土灌注装置由数根灌注导管组成，所述灌注导管设置有侧面开口或斜向开口。所述水下混凝土施工方法的步骤为：首先灌注抗分散混凝土，覆盖井壁与基底底部，结束后静停5-10min；再灌注自密实混凝土。本发明所述水下混凝土施工方法适用于超大深水沉井基础的施工，可有效解决超大深水沉井基础水下混凝土极易水洗离析、强度显著下降、灌注不密实等难题，保障工程施工质量。