海底管缆存在悬空、裸露等隐患，对悬空、裸露管段进行底部抛砂掩埋是主要的治理方法。目前，抛砂掩埋时多采用人工抛砂或履带散砂抛投方式，存在抛砂位置不准确、抛砂轨迹不易控制等问题，因此需研制可实现定点抛砂且抛砂轨迹可控的高效率抛砂设备。为了提高抛填精度，研制了一种具有定位定向功能的新型抛砂回填装置。为了阐明新型抛砂回填装置的定位和轨迹控制原理，利用有限元分析方法计算了其关键零部件的强度，并通过陆上和海上定向抛投试验分析了该装置的抛砂效果和探究其抛填精度高的原因。结果表明，新型抛砂回填装置通过伸缩投放机构将砂袋抛投至海底管缆悬空区域，实现了抛填位置的精确定位，同时利用伸缩投放机构的框架式结构实现了抛砂轨迹可控；装置关键零部件强度可靠且抛砂效果符合管线防护要求，抛填精度可达±1.2 m，既提高了抛砂效率又降低了施工成本。新型抛砂回填装置能够解决目前海底管缆悬空治理所面临的难题且可保障施工安全，这为浅海油田悬空管缆治理提供了可靠的技术支持。