中の方にコメントを頂けるなんてとてもとても光栄です。
大したエンジニアでもないのでお恥ずかしい限りですw

Apacheのログを確認してみたところ、確かにUM-L7をインストールしているサーバのIPでした。
なるほど、Client-LB間とLB-RealServer間はコネクションを張り直している感じなのかな。
（感覚なのでうまく説明ができませんがw）

BIG-IP等を構築・運用で携わっていますが、この辺の違いを見直してみるいい機会になりそうです。
今後ともアドバイスよろしくお願いします。

＞ リアルサーバのデフォルトゲートウェイに LB を指定する必要があるのは，LB とリアルサーバが別セグメントのネットワークにいるときくらいでしょうか．

これ，言っている意味が訳分かりませんね（汗
とにかく，リアルサーバから LB に到達できれば OK なのです．

リアルサーバのゲートウェイに LB を指定しなくても良いのはなぜか，といった質問にたいしてお答えします．

UM-L7 の場合，実装上の仕様で TCP セッションが下記の通り 2 つに分かれます．

(Client) (LB) (RealServer)

＃ Apache のアクセスログをみてみると，クライアントの IP アドレスが
＃ LB の IP アドレスになっているはずです．

つまり，UM-L7 の場合は

○ クライアントと LB の間
○ リアルサーバから LB まで間

の 2 点がそれぞれ到達できることが保証されれば良いので，リアルサーバのデフォルトゲートウェイとして必ずしも LB を指定する必要がないのです．

リアルサーバのデフォルトゲートウェイに LB を指定する必要があるのは，LB とリアルサーバが別セグメントのネットワークにいるときくらいでしょうか．