万家寨引黄入晋工程位于山西省的西北部，从黄河万家寨水库取水，由总干线、南干线、联接段和北干线四部分组成。总干线西起黄河万家寨水库，沿偏关县北部东行至下土寨分水闸，以下分成南干线和北干线。
引黄工程北干线由下土寨分水闸起向东，经偏关、平鲁、朔州、山阴、怀仁至大同市附近墙框堡水库止，线路全长约156.54km，供沿线平鲁、朔州、山阴、怀仁及大同等市的城市及工业用水。沿线共设有四座调节水库：大梁水库、耿庄水库、尚希庄水库和墙框堡水库，总调节库容为3158万m3。
墙框堡水库位于北干线末端大同南郊墙框堡村南，为平原围封水库。坝轴线总长约2.8km，水库总库容218.4万m3；正常蓄水1034.87m，相应库容210.3万m3，调节库容195.3万m3；死水位1028.68，相应死库容15万m3。建筑物主要由大坝、进水系统、出水系统及事故放空系统等建筑物组成。库区周边布置绕坝公路并与进场公路相连接。
水库大坝为碾压均质土坝，坝顶高程1038.00m，防浪墙顶高程为1039.20m。坝顶宽6.0m，最大坝高12m，上游坝坡1：2.5，下游坝坡1：2.0。上游坝坡采用0.3m厚的预制混凝土块护坡，下设土工布，土工布下铺设0.3m厚中粗砂垫层，垫层下铺设防渗复合土工膜。下游坝坡采用三维植被网植草防护，坡面布设横向排水沟，浆砌石结构，间距100m。在大坝外坡脚布置贴坡排水，底部设浆砌石排水沟。纵、横向排水沟互相贯通，把雨水及坝体渗水排至坝脚附近的渠道。
水库进水系统布置在水库大坝东北角，是北干线与水库的连接建筑物，入库设计流量6.0m3/s，主要由进水闸室段、箱涵段、消能段和护坦等组成。
水库出水系统布置在水库南端较低处，是向大同方向供水的放水口，出库设计流量为5.9m3/s。出水管采用坝下埋管型式，在距坝线约350m后与大同水厂供水管线相接。主要建筑物由出水池、出水闸、交通桥、坝下埋管、工作阀室、流量计井及出水管线等组成。
水库事故放空系统与出水管共用出水闸和坝内埋管，在坝后与放水管呈T形接口。放空管平均放空流量为4m3/s，采用流量计和阀门控制流量。阀门前、后均为压力钢管，直径1.5m。消力池后接内断面尺寸为2×1.5m的无压箱涵，出口设八字墙和抛石防冲槽与口泉河滩地连接。
水库管理区布置在库区东北侧。上坝公路连接绕坝公路和坝顶公路，路面宽6m，沥青路面。