本发明涉及建筑锚固技术领域，公开了一种预应力加固装置及预应力加载施工方法，其中预应力加固装置包括：第一锚具组件、第二锚具组件、碳纤维筋、反力架组件、受力架组件、连接板部件和张拉部件，第一锚具组件和第二锚具组件相对设置在待加固混凝土结构的混凝土槽中，碳纤维筋固设在第一锚具组件和第二锚具组件之间并埋设于混凝土槽内，不占用额外空间，造价较低；反力架组件和受力架组件相对设置，反力架组件安装在待加固混凝土结构上，受力架组件安装在所述第二锚具组件上；张拉部件安装在受力架组件和反力架组件之间并对受力架组件施加推力；张拉部件的伸长方向与碳纤维筋的轴线方向平行，实现在混凝土槽外侧对碳纤维筋张拉施加预应力。