Казалось бы, при чем тут пхп?
Нет, там перл ввиде фастцги.
Просто сталкивался с таким поведением конкретно в связке php+mod_fastcgi
с динамическими php процессами. Насколько я помню, поднятый
mod_fastcgi-ем php мог неожиданно отвалиться (например, по достижению
максимального числа запросов на процесс), и это приводило к 5xx ошибке.
Лечилось только настройкой php через FastCgiServer. Подумалось, что
может у вас что-то такое тоже.