В логах вижу такое:

2014/05/08 08:19:21 [debug] 23252#0: *1250620310 http script set $memcached_key
2014/05/08 08:19:21 [debug] 23252#0: *1250620310 post rewrite phase: 4
2014/05/08 08:19:21 [debug] 23252#0: *1250620310 generic phase: 5
2014/05/08 08:19:21 [debug] 23252#0: *1250620310 generic phase: 6
2014/05/08 08:19:21 [debug] 23252#0: *1250620310 limit_req[0]: 0 0.000
2014/05/08 08:19:21 [debug] 23252#0: *1250620310 generic phase: 7
2014/05/08 08:19:21 [debug] 23252#0: *1250620310 access phase: 8
2014/05/08 08:19:21 [debug] 23252#0: *1250620310 access phase: 9
2014/05/08 08:19:21 [debug] 23252#0: *1250620310 post access phase: 10
2014/05/08 08:19:21 [debug] 23252#0: *1250620310 http finalize request: 405, "/login/?" a:1, c:1
2014/05/08 08:19:21 [debug] 23252#0: *1250620310 http special response: 405, "/login/?"
2014/05/08 08:19:21 [debug] 23252#0: *1250620310 test location: "@backend"
2014/05/08 08:19:21 [debug] 23252#0: *1250620310 using location: @backend "/login/?"

От мемкэша nginx получает 405 и согласно конфигу (error_page 404 405 500 502 503 504 = @backend;) отправляет запрос на бэкенд. Получается, что он пытается сделать POST в мемкэш?