Já experimentou com o mod_proxy_ajp do httpd em vez de mod_jk ? Aqui está uma pequena comparação dos dois conectores (e não apenas eles).
O que você quer dizer com o "IP direto"? Um IP do trabalhador (ignorando o proxy)?
Além disso, você pode tentar farejar a comunicação AJP com o utilitário de linha de comando tcpdump e, em seguida, visualizá-la no IE. Wireshark . Isso lhe diria isto é. se não houver cabeçalhos malformatados ou quaisquer outros problemas que possam atingir seu proxy reverso baseado em httpd, mas sejam tolerados pelo seu navegador.
Além disso, preste atenção à diretiva ProxyTimeout do httpd.