本发明公开了一种预制箱梁顶面振动泛浆整平装置及其整平施工方法，属于桥梁工程技术领域，其中装置包括桁架主体，桁架主体上设有行走机构，桁架主体上设有整平机构，整平机构包括三个高度可调的泛浆滚筒和驱动泛浆滚筒旋转的旋转组件，其中两个泛浆滚筒间距设置且轴线处于同一竖向平面内，两个泛浆滚筒与另外一个泛浆滚筒在混凝土浇筑区域长度方向上前后布置，位于后方的泛浆滚筒与另外两个泛浆滚筒部分重叠。三个泛浆滚筒前、后布置成品字形状排布，其排布方式更加合理，能够有效提高推平效果。整平施工方法包括以下步骤：S1、待浇筑混凝土后调节泛浆滚筒高度；S2、驱动桁架主体沿预制箱梁的一端到另一端匀速往返；S3、检查整改后停止工作。